KR20010053589A - Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve - Google Patents

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KR20010053589A
KR20010053589A KR1020017000884A KR20017000884A KR20010053589A KR 20010053589 A KR20010053589 A KR 20010053589A KR 1020017000884 A KR1020017000884 A KR 1020017000884A KR 20017000884 A KR20017000884 A KR 20017000884A KR 20010053589 A KR20010053589 A KR 20010053589A
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Abstract

본 발명의 티탄계 복합 재료는 티탄(Ti) 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 중에 분산된 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자를 갖는 티탄계 복합 재료이며, 당해 매트릭스는 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(O)를 함유하며, 당해 티탄 화합물 입자는 1 내지 10체적% 점유하며, 당해 희토류 화합물 입자는 3체적% 이하를 점유하고 있는 것을 특징으로 한다.The titanium-based composite material of the present invention is a titanium-based composite material having a matrix containing titanium (Ti) alloy as a main component and titanium compound particles and / or rare earth compound particles dispersed in the matrix, wherein the matrix is 3.0 to 7.0 wt% Contains aluminum (Al), 2.0 to 6.0 wt% tin (Sn), 2.0 to 6.0 wt% zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 wt% silicon (Si) and 0.1 to 0.5 wt% oxygen (O) The titanium compound particles occupy 1 to 10% by volume, and the rare earth compound particles occupy 3% by volume or less.

이러한 조성에 따라, 내열성, 열간 가공성, 비강도 등이 우수한 티탄 재료가 수득된다.According to this composition, a titanium material excellent in heat resistance, hot workability, specific strength, and the like is obtained.

Description

티탄계 복합 재료, 이의 제조방법 및 엔진 밸브 {Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve}Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve

티탄 합금은 높은 비강도 및 우수한 인성을 갖기 때문에 각종 기계 부재에 사용되고 있다. 예를 들면, 미국 및 영국을 중심으로 군사, 우주 및 항공기 분야에서 티탄 합금이 주로 이용되고 있다. 또한, 이들 분야에서는 내열성이 우수한 내열 티탄 합금의 개발도 성행하고 있다. 단, 이러한 내열 티탄 합금은 성능을 중시하여 개발되므로 높은 원가로 양산성이 결핍된다. 또한, 내열 티탄 합금은 용해 및 성형이 어려우며 수율도 낮다. 따라서 이러한 티탄 재료는 한정된 분야에서만 사용되고 있다.Titanium alloys are used in various mechanical parts because of their high specific strength and excellent toughness. For example, titanium alloys are mainly used in the military, aerospace and aircraft fields, mainly in the United States and United Kingdom. In addition, in these fields, development of heat-resistant titanium alloys excellent in heat resistance is also in progress. However, since these heat-resistant titanium alloys are developed with an emphasis on performance, mass production is insufficient at high cost. In addition, heat-resistant titanium alloys are difficult to dissolve and form and have low yields. Therefore, such titanium materials are used only in limited fields.

그러나 최근, 기계의 고성능, 경량화의 요구가 증가함에 따라 티탄 재료, 특히 내열성이 우수한 티탄 재료가 자동차 등의 일반적인 기계 분야에서 다시 평가되고 있다. 이러한 내열성이 우수한 티탄 재료의 한가지 예로서 자동차용의 엔진·밸브에 관해서 하기에 설명한다.However, in recent years, as the demand for high performance and light weight of machines increases, titanium materials, particularly titanium materials having excellent heat resistance, have been evaluated again in general mechanical fields such as automobiles. As an example of the titanium material which is excellent in such heat resistance, the engine / valve for automobiles is demonstrated below.

종래부터 자동차용의 엔진·밸브는 엔진의 흡기구 및 배기구에 설치되어 있으며 엔진의 성능, 예를 들면, 연비, 효율 및 출력 등의 특성을 좌우하는 중요한 부품이다. 또한, 엔진 밸브는 600℃를 초과하는 고온으로 된다. 특히, 배기 시스템의 밸브(배기 밸브)는 흡기 시스템의 밸브(흡기 밸브)보다 훨씬 높은 온도가 된다. 예를 들면, 양산 엔진에서도 배기 밸브는 고온의 배기에 노출되므로 800℃ 전후로 되는 경우도 있다. 따라서, 배기 밸브는 우수한 내열성이 요구된다. 종래의 양산용의 배기 밸브는 JIS 규격 SUH35 등의 내열강을 사용하고 있다.BACKGROUND ART Engines and valves for automobiles are conventionally installed at the inlet and exhaust ports of an engine and are important components that determine the characteristics of the engine's performance, for example, fuel economy, efficiency and output. In addition, the engine valve is at a high temperature exceeding 600 ° C. In particular, the valve of the exhaust system (exhaust valve) is at a much higher temperature than the valve of the intake system (intake valve). For example, even in a mass production engine, since an exhaust valve is exposed to high temperature exhaust, it may become around 800 degreeC. Therefore, the exhaust valve is required to have excellent heat resistance. The conventional exhaust valve for mass production uses heat-resistant steel, such as JIS standard SUH35.

그러나, SUH 35 등의 내열강을 밸브와 같은 왕복운동 부품에 사용하면 비중이 크기 때문에 이의 관성 중량이 커진다. 따라서 최고 회전수가 제한되며 또한 스프링 하중을 높게 하는 것이 필요하므로 마찰이 증가하게 되며 엔진의 고성능화가 방해된다.However, when heat-resistant steel such as SUH 35 is used for reciprocating parts such as valves, the specific gravity is high, so the inertia weight thereof becomes large. Therefore, the maximum rotation speed is limited, and it is necessary to increase the spring load, which increases the friction and hinders the high performance of the engine.

그래서, 비강도 등이 우수한 티탄 재료를 엔진·밸브에 이용하는 것이 고려되고 있다. 티탄 재료는 경량이며 또한 기계적 성질이 우수하므로 대단히 매력적인 재료이다. 티탄 재료를 엔진·밸브에 적용하면 관성 중량의 감소, 고출력화 및 연비를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 경주용 자동차 엔진 밸브에는 일찍부터 티탄 재료가 채용되고 있다.For this reason, it is considered to use titanium materials excellent in specific strength and the like for engines and valves. Titanium material is very attractive because of its light weight and excellent mechanical properties. Application of titanium materials to engine valves can reduce the inertia weight, increase the power output and improve fuel economy. Therefore, titanium materials have been adopted for racing automobile engine valves early on.

그러나, 원가면에서 티탄 재료는 양산용 엔진 밸브에 채용되지 않고 있다. 특히 종래의 티탄 재료는 이의 사용 한계온도가 600℃ 정도이며 배기 밸브와 같이 고온 범위에서 사용되는 부재에는 채용이 곤란하다.However, in terms of cost, titanium materials are not employed in mass production engine valves. In particular, the conventional titanium material has a limit of use thereof at a temperature of about 600 ° C., and it is difficult to employ a member used in a high temperature range such as an exhaust valve.

다음에 티탄 재료의 내열성에 관해서 검토한다. 일반적으로, 티탄 합금의 내열성은 조직 구조에 따라 지배된다. 조직 구조는 합금 조성, 가공온도, 가공도 및 가공후의 열처리 조건에 따라 결정된다. 특히, 조직 구조에 대한 가공온도의 영향이 크다.Next, the heat resistance of the titanium material is examined. In general, the heat resistance of titanium alloys is governed by the structure of the structure. The structure is determined by the alloy composition, processing temperature, workability and post-treatment heat treatment conditions. In particular, the influence of the processing temperature on the structure of the tissue is large.

예를 들면, 규소를 티탄 합금에 함유시켜 티탄 재료의 내열성을 높이는 경우가 있다. 이러한 경우, β 변태점과 규소 화합물(실리사이드)의 고용(固溶) 온도와의 관계를 고려하여 가공온도를 결정하는 것이 필요하다. 구체적으로는, β 변태점이 실리사이드의 고용온도보다 높은 경우, β 변태점 이상의 고온에서 티탄 합금(예: Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si계의 티탄 합금)을 열간 가공하면 거대한 침상 조직이 형성되어 버린다. 이러한 침상 조직은 단조 균열, 연성의 저하 및 저사이클 피로 특성 악화의 원인으로 되어 바람직하지 않다.For example, silicon may be contained in a titanium alloy to improve the heat resistance of the titanium material. In such a case, it is necessary to determine the processing temperature in consideration of the relationship between the β transformation point and the solid solution temperature of the silicon compound (silicide). Specifically, when the β transformation point is higher than the solubility temperature of the silicide, a titanium needle (for example, a Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si-based titanium alloy) is hot formed at a high temperature above the β transformation point to produce a large acicular structure. This is formed. Such needle-like structures are undesirable because they cause forging cracks, ductility deterioration, and deterioration of low cycle fatigue characteristics.

한편, β 변태점 이하에서의 가공은 변형 저항이 커서 일반적으로 곤란하다. 이러한 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 티탄 재료의 내열성 향상을 도모하면 가공성이 저하된다. 따라서 내열성과 가공성의 양립을 도모하는 것은 곤란하다.On the other hand, processing below the β transformation point is generally difficult because of the large deformation resistance. As can be seen from these examples, when the heat resistance of the titanium material is improved, the workability is lowered. Therefore, it is difficult to attain both heat resistance and workability.

이러한 과제를 해결하여 티탄 재료의 내열성 등을 한층 향상시키기 위해 각종 제안이 이루어지고 있으며 예를 들면, 다음과 같은 것이 있다.In order to solve such a problem and to further improve the heat resistance and the like of the titanium material, various proposals have been made. For example, there are the following.

① 일본 특허공보 제(평)4-56097호(등록 1772182호)에는 미량의 C를 함유시킨 Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si계 합금이 개시되어 있다. 이러한 티탄 합금은 C를 미량 첨가함으로써 열처리 및 열간 가공의 온도범위인 α+β 영역을 확대시켜 내열성, 열처리성 및 열간 가공성을 높이고 있다.(1) Japanese Patent Laid-Open No. 4-56097 (Registration No. 1772182) discloses an Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si alloy containing a small amount of C. By adding a small amount of C, such a titanium alloy expands the α + β region, which is a temperature range of heat treatment and hot working, to improve heat resistance, heat treatment, and hot workability.

그러나, 이러한 티탄 합금의 경우에는 충분한 고온 인장강도 및 피로 특성이 얻어지는 온도(사용 한계온도)는 600℃ 정도이다. 또한, 이러한 티탄 합금은 용해, 주조 및 단조를 기본 공정으로 하여 제조된다. 따라서, 고비용으로 되며 자동차 부품과 같이 저비용이 요구되는 양산품에는 적합하지 않다.However, in the case of such a titanium alloy, the temperature (use limit temperature) at which sufficient high temperature tensile strength and fatigue characteristics are obtained is about 600 ° C. In addition, these titanium alloys are produced using melting, casting and forging as basic processes. Therefore, it is expensive and is not suitable for mass-produced products which require low cost such as automobile parts.

또한, α+β 영역이 확대되고 있지만, 실리사이드의 고용온도는 β 변태점보다 낮다. 따라서 β 변태점보다 고온에서 열간 가공을 실시하면 거대한 침상 조직이 형성되어 버린다. 이것을 회피하기 위해 당해 공보에서는 결국, β 변태점 이하의 온도에서 가공을 실시하고 있다. 따라서, 이러한 티탄 합금은 재료 특성에서 균형이 잡힌 이중 형태 조직(bi-modal structure)을 형성하고 있지만 여전히 가공저항이 크며 열간 가공성이 충분히 개선되어 있지 않다.In addition, the α + β region is expanded, but the solid solution temperature of the silicide is lower than the β transformation point. Therefore, when hot processing is performed at a higher temperature than β transformation point, a huge needle-like structure is formed. In order to avoid this, the said publication eventually processes at the temperature below (beta) transformation point. Thus, these titanium alloys form a balanced bi-modal structure in material properties, but still have high processing resistance and insufficient hot workability.

② 일본 공개특허공보 제(평)4-202729호에는 Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si계 합금으로 특히 Mo를 다량으로 첨가한 것이 개시되어 있다. 이에 따라 합금의 내열성을 610℃ 정도까지 향상시키고 있다.(2) Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 4-202729 discloses an Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si-based alloy, in which a large amount of Mo is added. Thereby, the heat resistance of an alloy is improved to about 610 degreeC.

그러나, 이러한 경우에도 일본 특허공보 제(평)4-56097호의 티탄 합금과 동일하게 내열성이 불충분하다. 또한, 다량의 Mo의 첨가는 고온 인장강도의 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.However, also in this case, heat resistance is insufficient similarly to the titanium alloy of Unexamined-Japanese-Patent No. 4-56097. In addition, addition of a large amount of Mo is not preferable because it causes a decrease in high temperature tensile strength.

또한, C, Y, B, 희토류 원소 및 S의 하나 이상을 총계로 1% 함유시킨 티탄 합금이 개시되어 있다. 이에 따라 내열성, 구체적으로는 크리프 특성(creep resistance)을 향상시키고 있다.Also disclosed is a titanium alloy containing 1% or more of C, Y, B, rare earth elements and S in total. Accordingly, heat resistance, specifically creep resistance, is improved.

그러나, 이러한 경우에도 충분한 크리프 특성을 얻을 수 있는 것은 전위(轉位) 크리프가 지배적인 600℃ 정도까지이며, 내열성이 불충분하다. 특히, 확산도 관여하기 시작하는 800℃ 전후의 고온 범위에서는 크리프 특성이 충분하지 않다.However, even in such a case, sufficient creep characteristics can be obtained up to about 600 ° C. in which dislocation creep predominates, and heat resistance is insufficient. In particular, the creep characteristic is not sufficient in the high temperature range of 800 degreeC around which diffusion also begins to participate.

또한, 어느 경우에도 용해, 주조 및 단조를 기본 공정으로 하고 있으므로 고비용으로 되며 양산 부품 등에는 적합한 재료가 아니다.In any case, since melting, casting, and forging are the basic processes, they are expensive and are not suitable materials for mass production parts.

③ 용해법(Ingot Matallurgy Process: IM)과 급냉응고법(Rapid Solidification Process: RS)을 사용하는 붕화티탄 위스커를 복합화시킨 티탄계 복합 재료도 보고되어 있다(참조: Preparing Damege-Tolerant Titanium-Matrix Composites, J0M, Nov 1994, P68).(3) Titanium-based composites incorporating titanium boride whiskers using the Ingot Matallurgy Process (IM) and Rapid Solidification Process (RS) have also been reported (Refer to Preparing Damege-Tolerant Titanium-Matrix Composites, J0M, Nov 1994, P68).

본 문헌에 따르면, 이러한 티탄계 복합 재료에 의해 강도, 강성 및 내열성에 관해서 우수한 특성이 얻어진다고 되어 있다.According to this document, it is said that such a titanium-based composite material obtains excellent properties in terms of strength, rigidity and heat resistance.

그러나, 붕화티탄 위스커의 분산이 불균일하며 고온 범위에서의 고사이클 피로 특성이 낮다. 이러한 고온 범위에서 고사이클 피로 특성은 고온 크리프 특성과 함께 자동차용 엔진의 배기 밸브 등의 재료에 요구되는 중요한 특성이다. 따라서 배기 밸브 등에는 적합한 재료가 아니다. 또한, 이러한 티탄계 복합 재료는 용해법 또는 급냉응고법을 기본 공정으로 하고 있으므로 높은 원가로 된다.However, the dispersion of titanium boride whiskers is nonuniform and the high cycle fatigue characteristics in the high temperature range are low. In this high temperature range, high cycle fatigue characteristics, together with high temperature creep characteristics, are important characteristics required for materials such as exhaust valves for automobile engines. Therefore, it is not a suitable material for exhaust valves and the like. In addition, since such a titanium-based composite material is based on the melting method or the quench solidification method, the titanium composite material has a high cost.

따라서, 이러한 티탄계 복합 재료도 내열성, 원가면에서 자동차 부품 등의 양산 부품으로의 이용은 곤란하다.Therefore, such a titanium-based composite material is also difficult to be used for mass production parts such as automobile parts in terms of heat resistance and cost.

④ 일본 공개특허공보 제(평)5-5142호에서는 α형, α형+β형, β형의 티탄 합금으로 이루어진 매트릭스와 5 내지 50체적%의 붕화티탄 고용체로 이루어진 티탄계 복합 재료가 개시되어 있다. 이러한 티탄계 복합재는 티탄 합금과 본질적으로 반응하기 어려운 붕화티탄 고용체를 강화 입자로서 선정하여 강도, 강성, 피로 특성, 내마모성 및 내열성을 향상시키고 있다.(4) Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-5142 discloses a titanium-based composite material composed of a matrix of titanium alloys of α-type, α-type + β-type, and β-type and 5 to 50% by volume of titanium boride solid solution. have. Such a titanium-based composite material is selected from a titanium boride solid solution, which is intrinsically difficult to react with the titanium alloy, as the reinforcing particles to improve strength, rigidity, fatigue characteristics, abrasion resistance, and heat resistance.

그러나, 이러한 경우에도 610℃를 초과하는 고온 범위에서 티탄계 복합 재료의 특성에 관해서는 기재되어 있지 않다.However, even in this case, the characteristics of the titanium-based composite material are not described in the high temperature range exceeding 610 ° C.

⑤ 일본 특허 제2523556호 공보에는 열간 가공온도와 열처리 온도를 최적화하여 스템부, 빌레트부 및 헤드부를 성형 가공한 티탄 밸브가 개시되어 있다.(5) Japanese Patent No. 2523556 discloses a titanium valve in which stem parts, billet parts and head parts are molded by optimizing hot working temperature and heat treatment temperature.

이러한 티탄·밸브는 열간 가공과 열처리를 잘 조합하여 원하는 조직 구성을 수득한다. 이에 따라 엔진 밸브에 요구되는 내열성 등을 만족시키고 있다.Such a titanium valve combines hot processing and heat treatment well to obtain a desired tissue configuration. This satisfies the heat resistance required for the engine valve.

그러나, 600℃를 초과하는 고온 범위에서의 내열성이 부족하다. 또한, 내피로성이 중요시되는 스템부는 β 변태점보다 낮은 온도로 열간 가공 성형되어 있으므로 변형 저항이 높은 α상의 존재로 인해 열간 가공이 곤란하여 양산성이 결핍된다.However, heat resistance in the high temperature range exceeding 600 degreeC is lacking. In addition, since the stem portion where fatigue resistance is important is hot worked and formed at a temperature lower than the β transformation point, hot working is difficult due to the presence of the α phase having high deformation resistance, resulting in lack of mass productivity.

발명의 개시Disclosure of the Invention

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 이루어진 것이다. 요컨대, 열간 가공성, 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성이 우수한 티탄 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above circumstances. In short, an object of the present invention is to provide a titanium material excellent in hot workability, strength, creep properties, fatigue properties and wear resistance.

특히, 610℃를 초과하는 고온 범위에서의 내열성이 우수한 종래에 없는 티탄 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide a conventional titanium material having excellent heat resistance in the high temperature range exceeding 610 ° C.

보다 구체적으로는, 열간 가공성, 내열성, 양산성 등이 우수한 티탄계 복합 재료 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.More specifically, it is to provide a titanium-based composite material having excellent hot workability, heat resistance, mass production, and the like and a method of manufacturing the same.

본 발명자들은 이러한 과제를 해결하려고 예의 연구하여 각종 계통적 실험을 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 요컨대, 본 발명자들은 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 중에 분산된 티탄 화합물 입자 및 희토류 화합물 입자로 이루어진 티탄계 복합 재료에 있어서 매트릭스의 조성 및 티탄 화합물 입자 및 희토류 화합물 입자의 점유량의 최적화를 도모하고 열간 가공성, 내열성, 양산성 등이 우수한 티탄계 복합 재료를 발명하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors earnestly researched and solved the various systematic experiment in order to solve this subject, and came to complete this invention. In short, the present inventors aim to optimize the composition of the matrix and the occupancy of the titanium compound particles and the rare earth compound particles in a titanium-based composite material composed of a titanium alloy-based matrix and titanium compound particles and rare earth compound particles dispersed in the matrix. The inventors have invented a titanium-based composite material which is excellent in hot workability, heat resistance, and mass productivity.

즉, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(A1)과 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn)과 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr)과 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si)와 0.1 내지 0.5중량%의 산소(O)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와, 당해 매트릭스 중에 분산된 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자를 갖는 것을 특징으로 한다.That is, the titanium-based composite material of the present invention is 3.0 to 7.0% by weight of aluminum (A1), 2.0 to 6.0% by weight of tin (Sn), 2.0 to 6.0% by weight of zirconium (Zr) and 0.1 to 0.4% by weight of silicon It is characterized by having the matrix which has a titanium alloy containing (Si) and 0.1-0.5 weight% oxygen (O) as a main component, and the titanium compound particle which occupies 1-10 volume% dispersed in the said matrix.

또한, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al)과 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn)과 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr)과 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si)와 0.1 내지 0.5중량%의 산소(0)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와, 당해 매트릭스 중에 분산된 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the titanium-based composite material of the present invention is 3.0 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 2.0 to 6.0% by weight of tin (Sn), 2.0 to 6.0% by weight of zirconium (Zr) and 0.1 to 0.4% by weight of silicon It is characterized by having the matrix which has a titanium alloy containing (Si) and 0.1-0.5 weight% of oxygen (0) as a main component, and the rare earth compound particle which occupies 3 volume% or less dispersed in the said matrix.

또한, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(A1)과 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn)과 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr)과 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si)와 0.1 내지 0.5중량%의 산소(0)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와, 당해 매트릭스 중에 분산된 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자 및 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the titanium-based composite material of the present invention is 3.0 to 7.0% by weight of aluminum (A1), 2.0 to 6.0% by weight of tin (Sn), 2.0 to 6.0% by weight of zirconium (Zr) and 0.1 to 0.4% by weight of silicon A matrix composed mainly of a titanium alloy containing (Si) and 0.1 to 0.5% by weight of oxygen (0), a titanium compound particle occupying 1 to 10% by volume dispersed in the matrix, and occupying 3% by volume or less It is characterized by having a rare earth compound particle.

본 발명의 티탄계 복합 재료의 매트릭스 중에 함유되는 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소는 이의 전량이 티탄에 고용되어 티탄 합금을 형성하고 있으면 보다 바람직하다.Aluminum, tin, zirconium, silicon, and oxygen contained in the matrix of the titanium-based composite material of the present invention are more preferable if all of their solid solution is dissolved in titanium to form a titanium alloy.

본 발명의 티탄계 복합 재료는 열간 가공성이 우수하다. 또한 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성은 실온뿐만 아니라 610℃를 초과하는 고온 범위에서도 우수하다. 예를 들면, 800℃라는 극히 고온 범위에서도 이들의 특성이 우수한 것은 특필해야 할 것이다. 이러한 우수한 특성이 얻어지는 이유는 반드시 명백하지 않지만 다음과 같이 생각된다.The titanium composite material of the present invention is excellent in hot workability. In addition, strength, creep properties, fatigue properties and abrasion resistance are excellent not only at room temperature but also in the high temperature range exceeding 610 ° C. For example, it should be noted that even in the extremely high temperature range of 800 ° C, these properties are excellent. The reason why such excellent characteristics are obtained is not necessarily clear, but is considered as follows.

알루미늄은 매트릭스인 티탄 합금의 β 변태점을 상승시켜 고온 범위까지 매트릭스 중의 α상을 안정적으로 존재시키는 원소이다. 따라서, 알루미늄은 티탄계 복합 재료의 고온 강도를 향상시키는 원소이다. 또한, 알루미늄은 매트릭스 중의 α상에 고용되어 매트릭스인 티탄 합금의 고온 강도나 크리프 특성을 보다 향상시키는 원소이다.Aluminum is an element which raises the β transformation point of the titanium alloy which is a matrix, and stably exists the (alpha) phase in a matrix to a high temperature range. Therefore, aluminum is an element which improves the high temperature strength of a titanium type composite material. In addition, aluminum is an element which dissolves in the (alpha) phase in a matrix and improves the high temperature strength and creep characteristic of the titanium alloy which is a matrix more.

그러나, 알루미늄의 함유량이 3.0% 미만이면 고온 범위에서 티탄 합금의 α상이 충분히 안정화되지 않는다. 또한, 알루미늄의 α상으로의 고용량도 불충분해진다. 따라서 고온 강도 및 크리프 특성의 향상이 그다지 바람직하지 않다. 한편, 알루미늄의 함유량이 7.0중량%를 초과하면 Ti3Al이 석출되며 티탄계 복합 재료가 취약화되어 버린다.However, if the content of aluminum is less than 3.0%, the α phase of the titanium alloy is not sufficiently stabilized in the high temperature range. In addition, the high capacity of aluminum into the α phase also becomes insufficient. Therefore, improvement of high temperature strength and creep characteristic is not very desirable. On the other hand, when the content of aluminum exceeds 7.0% by weight, Ti 3 Al precipitates and the titanium-based composite material becomes weak.

또한, 고온 강도와 크리프 특성을 확실하게 향상시키기 위해 알루미늄의 함유량은 4.0 내지 6.5중량%이면 한층 더 적절하다.Moreover, in order to reliably improve high temperature strength and a creep characteristic, if content of aluminum is 4.0 to 6.5 weight%, it is more suitable.

주석 및 지르코늄은 모두 중성원소이지만 알루미늄과 동일하게 고온에서도 α상을 안정적으로 존재시킨다. 또한, α상에 고용되어 고온 강도 및 크리프 특성을 향상시킬 수 있다.Both tin and zirconium are neutral elements but, like aluminum, stably present α phase even at high temperatures. In addition, it can be dissolved in the α phase to improve high temperature strength and creep characteristics.

주석의 함유량이 2.0중량% 미만이면 고온 범위까지 α상이 충분히 안정화되지 않으며 또한 주석의 α상으로의 고용량도 불충분해지며 고온 강도 및 크리프 특성의 향상은 그다지 바람직하지 않다. 또한, 주석의 함유량이 6.0중량%를 초과하면 티탄 합금의 고온 강도 및 크리프 특성을 향상시키는 작용이 포화되어 버리는 동시에 밀도가 커지므로 효율적인 배합이 아니게 된다. 고온 강도 및 크리프 특성을 확실하게 향상시키기 위해, 주석의 함유량은 2.5 내지 4.5중량%로 하면 한층 더 적절하다.If the content of tin is less than 2.0% by weight, the α phase is not sufficiently stabilized up to the high temperature range, and the high capacity of the tin into the α phase is insufficient, and improvement of the high temperature strength and creep characteristics is not so desirable. In addition, when the content of tin exceeds 6.0% by weight, the effect of improving the high-temperature strength and creep properties of the titanium alloy is saturated and the density is increased, so that it is not an effective compounding. In order to reliably improve high temperature strength and creep characteristics, when the content of tin is made 2.5 to 4.5% by weight, it is more appropriate.

지르코늄 함유량이 2.0중량% 미만이면 고온 범위까지 α상이 충분하게 안정화되지 않으며 또한 지르코늄의 α상으로의 고용량도 불충분해진다. 따라서, 고온 강도 및 크리프 특성의 향상은 그다지 바람직하지 않다. 지르코늄의 함유량이 6.0중량%를 초과하면 티탄 합금의 고온 강도 및 크리프 특성을 향상시키는 작용이 포화되어 버리므로 효율적인 배합이 아니게 된다. 고온 강도 및 크리프 특성을 보다 향상시키기 위해 지르코늄의 함유량은 2.5 내지 4.5중량%로 하면 한층 더 적절하다.If the zirconium content is less than 2.0% by weight, the α phase is not sufficiently stabilized to a high temperature range and the high capacity of the zirconium to the α phase is also insufficient. Therefore, improvement of high temperature strength and creep characteristics is not so desirable. If the content of zirconium exceeds 6.0% by weight, the effect of improving the high temperature strength and creep properties of the titanium alloy will be saturated, so that it will not be an effective compounding. In order to further improve the high temperature strength and the creep characteristics, the content of zirconium is more suitably set to 2.5 to 4.5% by weight.

규소는 티탄 합금중으로 고용함으로써 크리프 특성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 종래에는 다량의 규소를 고용시킴으로써 내크리프 특성을 확보하고 있다. 그러나, 규소를 다량으로 함유하는 티탄 합금을 고온에서 장시간 동안 유지하면 규소가 티탄이나 지르코늄과 결합하여 미세한 실리사이드가 석출되며 이후의 실온 인성이 저하된다. 본 발명의 티탄계 복합 재료는 고온에서도 안정적인 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자를 갖는 것에 의해 충분한 크리프 특성을 수득하는 데 필요한 규소의 함유량을 종래보다 적게 할 수 있다.Silicon is an element capable of improving creep characteristics by solid solution in titanium alloys. Conventionally, creep resistance is ensured by dissolving a large amount of silicon. However, when a titanium alloy containing a large amount of silicon is maintained at a high temperature for a long time, silicon is combined with titanium or zirconium to precipitate fine silicides, thereby lowering room temperature toughness. The titanium-based composite material of the present invention can reduce the content of silicon required to obtain sufficient creep characteristics by having titanium compound particles or rare earth compound particles that are stable even at high temperatures.

규소의 함유량이 0.1중량% 미만이면 크리프 특성이 충분하게 향상되지 않으며, 0.4중량%를 초과하면 고온 강도가 저하되어 버린다. 크리프 특성을 확실하게 향상시키는 데는 규소의 함유량을 0.15 내지 0.4중량%로 하면 한층 더 적절하다.If the content of silicon is less than 0.1% by weight, the creep properties are not sufficiently improved. If the content of silicon is more than 0.4% by weight, the high temperature strength is lowered. In order to reliably improve the creep characteristic, when the content of silicon is made 0.15 to 0.4% by weight, it is more appropriate.

산소는 티탄 합금의 β 변태점을 상승시켜 고온 범위에서 α상을 안정적으로 존재시키는 원소이다. 또한, α상에 고용되어 고온 강도 및 크리프 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 산소의 함유량이 0.1중량% 미만이면 α상이 충분하게 안정화되지 않으며, 산소의 α상으로의 고용량도 불충분해지며 고온 강도 및 크리프 특성의 향상이 그다지 바람직하지 않다. 산소의 함유량이 0.5중량%를 초과하면 티탄계 복합 재료가 취약화되기 쉬워진다. 또한, α상을 안정적으로 존재시켜 고온 강도 및 크리프 강도를 확실하게 향상시키기 위해서는 산소의 함유량을 0.15 내지 0.4중량%로 하면 한층 더 적절하다.Oxygen is an element that raises the β transformation point of the titanium alloy to stably present the α phase in the high temperature range. In addition, it is an element that can be dissolved in the α phase to improve high temperature strength and creep strength. If the content of oxygen is less than 0.1% by weight, the α phase is not sufficiently stabilized, and the high capacity of oxygen to the α phase is also insufficient, and improvement of high temperature strength and creep characteristics is not so desirable. When the content of oxygen exceeds 0.5% by weight, the titanium-based composite material tends to be weakened. In addition, in order to stably exist an alpha phase and to reliably improve high temperature strength and creep strength, when content of oxygen is made into 0.15 to 0.4 weight%, it is further more suitable.

본 발명의 티탄계 복합 재료에서는 매트릭스에 함유되는 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소는 티탄에 고용되면 합금화함으로써 상기의 우수한 작용을 발휘한다고 생각된다.In the titanium-based composite material of the present invention, aluminum, tin, zirconium, silicon, and oxygen contained in the matrix are thought to exert the above excellent effect by alloying when dissolved in titanium.

한편, 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자는 티탄 합금과 반응하기 어려우며 티탄 합금에 대하여 열역학적으로 안정적인 입자이다. 따라서, 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자는 고온 범위에서도 티탄 합금중에 안정적으로 존재할 수 있다.On the other hand, titanium compound particles and rare earth compound particles are difficult to react with the titanium alloy and are thermodynamically stable particles for the titanium alloy. Therefore, the titanium compound particles and the rare earth compound particles can be stably present in the titanium alloy even at a high temperature range.

여기서, 티탄 화합물 입자는 예를 들면, 붕화티탄, 탄화티탄, 질화티탄 또는 규화티탄 등의 입자 등이다. 보다 구체적으로는, 티탄 화합물 입자는 TiB, TiC, TiB2, Ti2C, TiN, 티탄실리사이드 등의 화합물 등의 입자로 이루어진다. 이들 입자는 티탄계 복합 재료 중에 분산되는 경우, 성질이 유사하다. 이들 화합물 입자를 티탄계 복합 재료의 강화재로서 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.Here, the titanium compound particles are, for example, particles such as titanium boride, titanium carbide, titanium nitride or titanium silicide. More specifically, the titanium compound particles consist of particles such as compounds such as TiB, TiC, TiB 2 , Ti 2 C, TiN, titanium silicide and the like. These particles have similar properties when dispersed in a titanium based composite material. These compound particles can be used alone or in combination as a reinforcing material of the titanium-based composite material.

또한, 희토류 화합물 입자는 이트륨(Y), 세륨(Ce), 란타늄(La), 에르븀(Er) 또는 네오디뮴(Nd) 등의 희토류 원소의 산화물 또는 황화물 등으로 이루어진 입자이다. 보다 구체적으로는, 희토류 화합물 입자는 Y2O3등의 화합물로 이루어진 입자이다. 이들 입자는 티탄계 복합 재료 중에 분산되는 경우, 성질이 유사하다. 이들 화합물 입자를 티탄계 복합 재료의 강화재로서 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자는 매트릭스를 구성하는 합금원소를 함유하는 것일 수 있다.In addition, the rare earth compound particles are particles made of oxides or sulfides of rare earth elements such as yttrium (Y), cerium (Ce), lanthanum (La), erbium (Er) or neodymium (Nd). More specifically, the rare earth compound particles are particles made of compounds such as Y 2 O 3 . These particles have similar properties when dispersed in a titanium based composite material. These compound particles can be used alone or in combination as a reinforcing material of the titanium-based composite material. In addition, the titanium compound particles or the rare earth compound particles may contain alloying elements constituting the matrix.

TiB를 비롯한 티탄 화합물과 희토류의 산화물 또는 황화물 등은 티탄 합금중에서 고온까지 안정적으로 존재할 수 있는 화합물이다. 이러한 고온에서 안정적으로 존재할 수 있는 화합물만이 티탄 합금의 β입자 성장을 억제하여 열간 가공성을 개선하며, 또한 상온이나 고온에서의 강도, 크리프 특성, 내피로성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.Titanium compounds including TiB and oxides or sulfides of rare earths are compounds that can stably exist at high temperatures in titanium alloys. Only a compound that can be stably present at such a high temperature can suppress β particle growth of the titanium alloy to improve hot workability, and can also improve strength, creep properties, fatigue resistance and wear resistance at room temperature or high temperature.

예를 들면, 붕화티탄 입자(TiB)를 예로 들면, 붕화티탄 입자는 고온 강도 및 연성 향상에 효과적으로 작용한다. 이것은 일본 공개특허공보 제(평)5-5142호 등에도 명백하게 되어 있다. 따라서, 붕화티탄 입자를 매트릭스 중에 분산시키면 상온역 뿐만 아니라 고온 범위에서도 티탄계 복합 재료의 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.For example, taking titanium boride particles (TiB) as an example, the titanium boride particles effectively act to improve high temperature strength and ductility. This is also apparent in JP-A-5-5142 and the like. Therefore, by dispersing the titanium boride particles in the matrix, it is possible to improve the strength, creep properties, fatigue properties and wear resistance of the titanium-based composite material not only in the normal temperature range but also in the high temperature range.

여기서 본 발명의 티탄계 복합 재료의 열간 가공성에 관해서 부언한다. 통상적으로, 티탄 합금을 완전 β 영역까지 가열하여 열간 가공을 실시한다고 하면, β상의 입자 직경이 거대화하여 열간 가공시에 균열 등이 생기기 쉬워지며 한계 고정율(고정 성형하는 경우에 균열이 발생하는 최소의 압력하강율)이 저하된다. 이에 대하여, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 하기의 우수한 특징이 있다.Here, the hot workability of the titanium-based composite material of the present invention is added. In general, when the titanium alloy is heated to the completely β region and subjected to hot working, the particle diameter of the β phase becomes large, and cracks are likely to occur during hot working, and the limit fixed ratio (the minimum when cracking occurs when fixed molding is performed). Pressure drop rate) decreases. In contrast, the titanium-based composite material of the present invention has the following excellent features.

티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 매트릭스 전체에 미세하면서 동시에 균일하게 분산되므로 열간 가공하는 경우에 이러한 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 매트릭스에 함유되는 β상의 결정 입자 직경의 거대화(입자 성장)을 효과적으로 억제한다. 따라서, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 β 변태점 이상의 온도로 열간 가공을 실시해도 균열이 발생하지 않으며 우수한 열간 가공성을 갖게 된다.Titanium compound particles and rare earth compound particles are finely and uniformly dispersed throughout the matrix, so that during the hot working, the titanium compound particles or rare earth compound particles effectively suppress the enlargement of the crystal grain diameter of the β phase contained in the matrix (particle growth). do. Therefore, even if the titanium-based composite material of the present invention is subjected to hot working at a temperature equal to or more than the β transformation point, cracking does not occur and excellent hot workability is obtained.

특히, 본 발명의 티탄계 복합 재료를 소결법으로 수득하는 경우에는 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 매트릭스 중에 미세하면서 동시에 균일하게 분산되므로 편리하다. 그리고, 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 입자계면에 석출되는 경우는 거의 없으므로 본 발명의 티탄계 복합 재료는 한층 더 우수한 열간 가공성을 갖게 된다.In particular, when the titanium-based composite material of the present invention is obtained by the sintering method, the titanium compound particles and the rare earth compound particles are convenient because they are finely and uniformly dispersed in the matrix. In addition, since titanium compound particles and rare earth compound particles are hardly precipitated at the particle interface, the titanium-based composite material of the present invention has further excellent hot workability.

물론, 본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 용해주조법, 급냉응고법 등도 있다. 단, 소결법을 사용하면 원가, 생산성, 재료특성 등의 모든 면에서 우수하다.Of course, the manufacturing method of the titanium-based composite material of the present invention is not limited thereto. For example, there are a melt casting method and a quench solidification method. However, if the sintering method is used, it is excellent in all aspects such as cost, productivity and material properties.

이와 같이, 티탄계 복합 재료는 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 균일하게 분산되는 것이 바람직하다. 따라서 티탄 화합물 입자를 매트릭스 중에 분산시키는 경우에는 티탄계 복합 재료 전체의 체적을 100체적%로 할 때에 티탄 화합물 입자가 1 내지 10체적% 점유하는 것이 필요하다.As described above, in the titanium composite material, the titanium compound particles and the rare earth compound particles are preferably dispersed uniformly. Therefore, in the case where the titanium compound particles are dispersed in the matrix, it is necessary to occupy 1 to 10% by volume of the titanium compound particles when the volume of the entire titanium-based composite material is set to 100% by volume.

티탄 화합물 입자의 점유량이 1체적% 미만이면, 이의 점유량이 너무 적으므로 티탄계 복합 재료는 고온 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성이 충분하지 않다. 한편, 10체적%를 초과하면 이의 인성이 악화된다.If the occupancy of the titanium compound particles is less than 1% by volume, the occupancy of the titanium compound particles is too small, and thus the titanium-based composite material does not have sufficient high temperature strength, creep properties, fatigue properties and abrasion resistance. On the other hand, when it exceeds 10% by volume, its toughness deteriorates.

또한, 희토류 화합물 입자를 매트릭스 중에 분산시키는 경우에는 티탄계 복합 재료 전체의 체적을 100체적%로 할 때에 희토류 화합물 입자가 3체적% 점유하는 것이 필요하다. 3체적%를 초과하면 인성이 악화되기 때문이다.When the rare earth compound particles are dispersed in the matrix, it is necessary to occupy 3% by volume of the rare earth compound particles when the volume of the entire titanium-based composite material is set to 100% by volume. It is because toughness deteriorates when it exceeds 3 volume%.

따라서, 본 발명의 티탄계 복합 재료에서는 티탄 화합물 입자 또는 희토류 화합물 입자의 체적 점유량을 각각, 전체의 1 내지 10체적% 또는 3체적% 이하로 한다. 이에 따라 본 발명의 티탄계 복합 재료는 인성을 악화시키지 않고 고온 강도, 강성, 피로 특성, 내마모성 및 내열성을 충분하게 향상시킬 수 있다.Therefore, in the titanium-based composite material of the present invention, the volume occupancy of the titanium compound particles or the rare earth compound particles is set to 1 to 10% by volume or 3% by volume or less, respectively. Accordingly, the titanium-based composite material of the present invention can sufficiently improve high temperature strength, rigidity, fatigue characteristics, abrasion resistance, and heat resistance without deteriorating toughness.

또한, 이들 특성을 보다 향상시키기 위해서는 티탄 화합물 입자를 3 내지 7체적% 또는 희토류 화합물 입자를 0.5 내지 2체적%로 하면 보다 바람직하다.Moreover, in order to improve these characteristics further, it is more preferable to make 3-7 volume% of titanium compound particle or 0.5-2 volume% of rare earth compound particle | grains.

상기한 바와 같이 본 발명의 티탄계 복합 재료에서는 열간 가공성과 함께 강도, 크리프 특성, 고사이클 피로 특성 및 내마모성에 관해서 우수한 특성이 얻어진다. 특히, 610℃를 초과하는 고온 범위에서도 이들의 특성이 우수하다.As described above, in the titanium-based composite material of the present invention, excellent properties are obtained with respect to strength, creep properties, high cycle fatigue properties and wear resistance along with hot workability. In particular, these characteristics are excellent also in the high temperature range exceeding 610 degreeC.

본 발명은 각종 기계의 고강도 부재에 이용할 수 있는 티탄계 복합 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 자동차 등의 엔진 밸브와 같이 내열성이 요구되는 부재에 적절한 티탄계 복합 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium-based composite material that can be used for high strength members of various machines, and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a titanium-based composite material suitable for a member requiring heat resistance, such as an engine valve such as an automobile, and a manufacturing method thereof.

도 1은 광학현미경으로 촬영한 실시예 4의 시료 5의 엔진 밸브의 조직이다.1 is a structure of an engine valve of Sample 5 of Example 4 taken with an optical microscope.

도 2는 본 발명의 티탄계 복합 재료에 함유되어 있는 붕화티탄 입자의 한가지 예와 매트릭스(티탄 합금)과 붕화티탄 입자의 계면의 모양을 도시한 TEM도이다.FIG. 2 is a TEM diagram showing one example of titanium boride particles contained in the titanium composite material of the present invention and the shape of an interface between a matrix (titanium alloy) and titanium boride particles.

도 3은 본 발명의 티탄계 복합 재료의 매트릭스(티탄 합금)과 붕화티탄 입자의 계면의 모양을 확대하여 도시한 TEM(Transmission E1ectron Microscope)도이다.FIG. 3 is a TEM (Transmission E1ectron Microscope) diagram showing an enlarged shape of an interface between a matrix (titanium alloy) and titanium boride particles of the titanium-based composite material of the present invention.

도 4는 실시예(시료 3) 및 비교예(시료 C6)의 시료에 관해서 800℃에서의 크리프 특성(경과 시간과 크리프 가요성의 관계)를 도시하는 그래프이다.4 is a graph showing creep characteristics (relationship between elapsed time and creep flexibility) at 800 ° C for the samples of Example (Sample 3) and Comparative Example (Sample C6).

도 5A는 실시예 1에서 제작한 밸브 성형체의 형상을 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the shape of the valve molded object produced in Example 1. FIG.

도 5B는 실시예 1에서 제작한 엔진 밸브의 형상을 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the shape of the engine valve produced in Example 1. FIG.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

(티탄계 복합 재료)(Titanium composite material)

본 발명의 티탄계 복합 재료는 매트릭스의 주성분인 티탄 합금이, 티탄계 복합 재료 전체의 중량을 100중량%로 하면 추가로 0.5 내지 4.0중량%의 몰리브덴(Mo)과 0.5 내지 4.0중량%의 니오븀(Nb)를 함유하면 한층 더 적절하다.In the titanium composite material of the present invention, when the titanium alloy which is the main component of the matrix is 100% by weight of the whole titanium-based composite material, 0.5 to 4.0% by weight of molybdenum (Mo) and 0.5 to 4.0% by weight of niobium ( It is further more suitable if it contains Nb).

몰리브덴은 티탄 합금의 β상을 효과적으로 안정화시키는 원소이다. 특히, 본 발명의 티탄계 복합 재료를 소결에 의해 수득하는 경우, 몰리브덴은 소결후의 냉각과정에서 α상을 미세하게 석출시키는 작용을 한다. 요컨대, 몰리브덴은 티탄계 복합 재료의 중저온역에서의 강도를 보다 향상시키며 특히, 이의 피로 특성을 보다 향상시킨다.Molybdenum is an element that effectively stabilizes the β phase of the titanium alloy. In particular, when the titanium-based composite material of the present invention is obtained by sintering, molybdenum has a function of finely depositing α phase in the cooling process after sintering. In short, molybdenum further improves the strength in the mid-low temperature range of the titanium-based composite material, and in particular, further improves its fatigue properties.

단, 몰리브덴의 함유량이 0.5중량% 미만이면 티탄계 복합 재료의 강도를 충분하게 향상시키는 것이 어렵다. 한편, 몰리브덴의 함유량이 4.0중량%를 초과하면 β상이 증가하여 티탄계 복합 재료의 고온 강도, 크리프 특성 및 인성이 저하되어 버린다. 또한, 중저온역에서의 강도, 피로 특성, 고온 강도, 크리프 특성 및 인성을 확실하게 향상시키기 위해 몰리브덴의 함유량을 0.5 내지 2.5중량%로 하면 한층 더 적절하다.However, if the content of molybdenum is less than 0.5% by weight, it is difficult to sufficiently improve the strength of the titanium-based composite material. On the other hand, when content of molybdenum exceeds 4.0 weight%, (beta) phase will increase and the high temperature strength, creep characteristic, and toughness of a titanium-type composite material will fall. Further, in order to reliably improve the strength, fatigue characteristics, high temperature strength, creep characteristics, and toughness in the mid-low temperature range, the content of molybdenum is further suited to 0.5 to 2.5% by weight.

다음에, 니오븀도 몰리브덴과 동일하게 β상을 효과적으로 안정화시키는 원소이다. 니오븀의 함유량이 0.5중량% 미만이면 고온 강도가 충분히 향상되지 않는다. 또한, 니오븀의 함유량이 4.0중량%를 초과하면 β상이 증가하여 고온 강도, 크리프 특성 및 인성이 저하되어 버린다. 또한, 고온 강도, 크리프 특성 및 인성을 확실하게 향상시키기 위해서는 니오븀의 함유량을 0.5 내지 1.5중량%로 하면 한층 더 적절하다.Next, niobium is also an element that effectively stabilizes the β phase similarly to molybdenum. If the content of niobium is less than 0.5% by weight, the high temperature strength does not sufficiently improve. Moreover, when content of niobium exceeds 4.0 weight%, (beta) phase will increase and high temperature strength, creep characteristic, and toughness will fall. In addition, in order to reliably improve high temperature strength, creep characteristics, and toughness, the content of niobium is further suitably set to 0.5 to 1.5% by weight.

또한, 몰리브덴과 니오븀은 모두 Ti3Al의 석출을 억제하는 원소이다. 따라서 이들 원소를 티탄 합금에 함유시키면 알루미늄, 주석 및 지르코늄을 티탄 합금에 많이 함유시키는 경우에도 티탄계 복합 재료의 고온 범위에서의 취약화를 방지할 수 있다. 그리고, 티탄계 복합 재료의 고온 강도와 연성이 균형적으로 향상되며 또한, 이의 내산화성도 향상된다.In addition, molybdenum and niobium are both elements which suppress the precipitation of Ti 3 Al. Therefore, when these elements are contained in the titanium alloy, the fragility in the high temperature range of the titanium-based composite material can be prevented even when aluminum, tin and zirconium are contained in the titanium alloy. In addition, the high temperature strength and the ductility of the titanium-based composite material are improved in a balanced manner, and the oxidation resistance thereof is also improved.

또한, 본 발명의 티탄계 복합 재료의 매트릭스의 주성분인 티탄 합금은 추가로 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 하프늄(Hf)의 하나 이상의 금속원소를 총 합계로 5중량% 이하 함유하면 적절하다.In addition, the titanium alloy which is a main component of the matrix of the titanium-based composite material of the present invention is suitably further contained at least 5% by weight in total of at least one metal element of tantalum (Ta), tungsten (W) and hafnium (Hf). .

탄탈은 β 안정화 원소이다. 적량의 탄탈은 티탄계 복합 재료의 고온 강도와 피로 강도의 균형을 향상시킨다. 티탄계 복합 재료가 탄탈을 필요 이상으로 함유하면 이의 밀도가 상승하며 또한, β상이 증가하여 이의 고온 크리프 강도가 저하된다.Tantalum is a β stabilizing element. The appropriate amount of tantalum improves the balance between high temperature strength and fatigue strength of titanium-based composite materials. When the titanium-based composite material contains tantalum more than necessary, its density increases, and its β phase increases, thereby reducing its high temperature creep strength.

텅스텐도 β 안정화 원소이다. 적량의 텅스텐은 티탄계 복합 재료의 고온 강도와 피로강도의 균형을 향상시킨다. 티탄계 복합 재료가 탄탈을 필요 이상으로 함유하면 이의 밀도가 상승하며 또한, β상이 증가하여 이의 고온 크리프 강도가 저하된다.Tungsten is also a β stabilizing element. The appropriate amount of tungsten improves the balance between high temperature strength and fatigue strength of titanium-based composite materials. When the titanium-based composite material contains tantalum more than necessary, its density increases, and its β phase increases, thereby reducing its high temperature creep strength.

하프늄은 중성 원소이며 지르코늄과 동일한 작용 및 효과를 갖는다. 요컨대, 적량의 하프늄은 α상에 고용되어 티탄계 복합 재료의 고온 강도 및 크리프 특성을 향상시킨다. 티탄계 복합 재료가 하프늄을 필요 이상으로 함유하면 이의 밀도가 상승하며 바람직하지 않다.Hafnium is a neutral element and has the same action and effect as zirconium. In short, an appropriate amount of hafnium is dissolved in the α phase to improve the high temperature strength and creep properties of the titanium-based composite material. If the titanium-based composite material contains hafnium more than necessary, its density rises and is not preferable.

이들 원소는 매트릭스에 부가적으로 함유시키는 것이 바람직한 원소이다. 따라서, 매트릭스 본래의 특성을 살리면서 티탄계 복합 재료의 밀도를 그다지 크게 하지 않기 위해 이들의 총계는 5중량% 이하로 하는 것이 좋다.These elements are elements which are preferably contained in the matrix additionally. Therefore, in order to make the density of the titanium-based composite material not too large while utilizing the inherent properties of the matrix, the total amount thereof is preferably 5% by weight or less.

또한, 본 발명의 티탄계 복합 재료에 함유되는 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자는 평균 종횡비가 1 내지 40이며 또한 평균 입자 직경이 0.5 내지 50μm이면 한층 더 적절하다.Further, the titanium compound particles and the rare earth compound particles contained in the titanium composite material of the present invention are more suitable if the average aspect ratio is 1 to 40 and the average particle diameter is 0.5 to 50 µm.

여기서, 평균 종횡비란 각 입자의 장직경 D1과 단직경 D2를 측정하여 이의 비(D1/D2)를 측정 대상인 전체 입자로 평균화한 값을 말한다. 또한, 평균 입자 직경이란 각 입자의 단면 형상을 면적과 등가인 원으로 나타낼 때의 직경을, 측정 대상으로 하는 전체 입자로 평균화한 값을 말한다. 또한, 이때의 측정 대상 입자수는 모두 500 내지 600개로 한다.Here, an average aspect ratio means the value which measured the long diameter D1 and the short diameter D2 of each particle, and averaged the ratio (D1 / D2) to all the particle | grains to be measured. In addition, an average particle diameter means the value which averaged the diameter at the time of showing the cross-sectional shape of each particle by the circle equivalent to an area to all the particle | grains to be measured. In addition, the number of particle | grains to be measured at this time shall be 500-600 pieces.

티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자의 평균 종횡비를 1 내지 40로 하고 동시에 평균 입자 직경을 0.5 내지 50μm로 함으로써 본 발명의 티탄계 복합 재료의 열간 가공성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 이의 고온 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.The hot workability of the titanium-based composite material of the present invention can be further improved by setting the average aspect ratio of the titanium compound particles or the rare earth compound particles to 1 to 40 and the average particle diameter to 0.5 to 50 µm. In addition, its high temperature strength, creep properties, fatigue properties and wear resistance can be improved.

그 이유는 반드시 명백하지는 않지만 다음과 같이 생각된다. 여기서는 붕화티탄 입자를 예로 들어 그 이유를 설명한다.The reason is not necessarily clear, but it is thought as follows. Here, the reason will be explained using titanium boride particles as an example.

붕화티탄 입자와 티탄 합금의 계면에서의 부조화(mismatch)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기껏해야 2.2%로 되어 있다. 요컨대, 이의 계면에서의 정합성은 매우 높다. 따라서, 붕화티탄 입자와 티탄 합금의 계면 에너지는 작으며 미소한 붕화티탄 입자는 예를 들면, 고온상태에서도 티탄 합금 속에서 입자 성장하는 것은 어렵다. 따라서 고온 범위에서도 붕화티탄 입자와 티탄 합금의 계면 구조는 변화하지 않으며 티탄계 복합 재료는 고강도 특성을 발휘한다.The mismatch at the interface between the titanium boride particles and the titanium alloy is at most 2.2% as shown in FIGS. 2 and 3. In short, the matchability at its interface is very high. Therefore, the interfacial energy between the titanium boride particles and the titanium alloy is small, and it is difficult for the small titanium boride particles to grow particles in the titanium alloy even at high temperature, for example. Therefore, even in the high temperature range, the interfacial structure between the titanium boride particles and the titanium alloy does not change, and the titanium-based composite material exhibits high strength.

그러나, 붕화티탄 입자의 평균 입자 직경이 0.5μm 미만에서는 이러한 작용이 충분하게 얻어지지 않는다. 또한, 평균 입자 직경이 50μm를 초과하면 이의 입자 분포가 불균일해지며 당해 입자가 응력 분담을 균일하게 할 수 없다. 따라서 티탄계 복합 재료의 파괴가 취약한 매트릭스로부터 진행하게 된다.However, when the average particle diameter of the titanium boride particles is less than 0.5 µm, such an effect is not sufficiently obtained. In addition, when the average particle diameter exceeds 50 µm, the particle distribution thereof becomes non-uniform, and the particles cannot make the stress sharing uniform. Therefore, the titanium-based composite material will proceed from the weak matrix.

또한, 이의 평균 종횡비가 40을 초과하면 이의 입자 분포의 불균일을 초래한다. 따라서 입자가 균일하게 응력을 분담할 수 없으며 티탄계 복합 재료의 파괴가 취약한 매트릭스의 부분으로부터 진행된다. 또한 평균 종횡비가 1에 근접할수록 붕화티탄 입자는 구상으로 되며 입자가 균일하게 분산되어 바람직하다.In addition, if its average aspect ratio exceeds 40, it causes non-uniformity of its particle distribution. Therefore, the particles can not evenly share the stress and proceed from the part of the matrix where the destruction of the titanium-based composite material is vulnerable. As the average aspect ratio approaches 1, the titanium boride particles become spherical and the particles are uniformly dispersed, which is preferable.

이상, 붕화티탄 입자를 예로 들어 설명했지만, 기타 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자, 예를 들면, 붕화티탄 입자, 탄화티탄 입자, 질화티탄 입자 또는 규화티탄 입자, 이트륨(Y), 세륨(Ce), 란타늄(La), 에르븀(Er) 또는 네오디뮴(Nd)의 산화물 또는 황화물을 주성분으로 하는 입자 등에서도 동일하다.As described above, titanium boride particles have been described as examples, but other titanium compound particles and rare earth compound particles such as titanium boride particles, titanium carbide particles, titanium nitride particles or titanium silicide particles, yttrium (Y), cerium (Ce), The same applies to particles mainly composed of oxides or sulfides of lanthanum (La), erbium (Er) or neodymium (Nd).

따라서 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자의 평균 종횡비가 1 내지 40이며 또한 평균 입자 직경이 0.5 내지 50μm이면 미소한 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자를 다량으로 또한 균일하게 분산시킨 티탄계 복합 재료가 수득된다. 이와 같이 수득한 티탄계 복합 재료는 고온 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성에서 우수한 특성을 갖게 된다.Therefore, if the average aspect ratio of the titanium compound particles or the rare earth compound particles is 1 to 40 and the average particle diameter is 0.5 to 50 µm, a titanium-based composite material obtained by dispersing a large amount of the fine titanium compound particles and the rare earth compound particles in a large amount and uniformly is obtained. The titanium composite material thus obtained has excellent properties in high temperature strength, creep properties, fatigue properties and wear resistance.

또한, 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자의 평균 종횡비를 1 내지 20로 하고 또한 평균 입자 직경을 0.5 내지 30μm로 하면 이들의 입자가 보다 균일하게 분산되며 상기한 티탄계 복합 재료의 특성이 보다 향상되므로 한층 더 바람직하다.Further, when the average aspect ratio of the titanium compound particles or the rare earth compound particles is set to 1 to 20 and the average particle diameter is set to 0.5 to 30 μm, these particles are more uniformly dispersed and the properties of the titanium-based composite material are further improved. More preferred.

또한, 본 발명의 티탄계 복합 재료의 매트릭스인 티탄 합금은 β상과 β상으로부터 석출한 침상의 α상으로 이루어진 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the titanium alloy which is a matrix of the titanium-type composite material of this invention consists of a beta phase and the needle-shaped alpha phase which precipitated from the beta phase.

β상으로부터 이러한 침상의 α상이 석출됨으로써 티탄계 복합 재료의 고온 크리프 특성을 향상시킬 수 있다.By depositing such acicular α-phase from the β-phase, the high temperature creep characteristic of the titanium-based composite material can be improved.

(티탄계 복합 재료의 제조방법)(Method for producing titanium composite material)

이와 같이 우수한 본 발명의 티탄계 복합 재료를 수득하기 위한 제조방법은 특별히 한정되지 않는다. 여기서는 이의 제조방법의 한가지 예로서 또 하나의 발명인 티탄계 복합 재료의 제조방법에 관해서 설명한다.The manufacturing method for obtaining the titanium-based composite material of the present invention thus excellent is not particularly limited. Here, as an example of the production method thereof, another method of manufacturing the titanium-based composite material will be described.

이러한 제조방법은 본 발명의 티탄계 복합 재료를 제조하는데 있어서 특히 적절한 제조방법이다.This manufacturing method is a particularly suitable manufacturing method for producing the titanium-based composite material of the present invention.

본 발명자들은, 상기의 우수한 티탄계 복합 재료를 수득하는 데에 적절한 티탄계 복합 재료의 제조방법을 확립하기 위해 예의 연구, 노력했다. 그리고, 본 발명자들은 본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법으로서 소결을 사용하는 것을 생각해냈다. 이어서, 원료, 성형·소결방법 및 이의 소결 온도 등을 거듭해서 검토했다. 그 결과, β 변태점 이상의 온도로 소결시켜 매트릭스에 α상과 β상을 생성시켜 수득한 티탄계 복합 재료는 열간 가공성이 우수할 뿐만 아니라 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성에서도 우수한 것을 본 발명자들은 확인했다. 또한, 이러한 티탄계 복합 재료는 실온에서는 물론, 610℃를 초과하는 고온에서도 이와 같은 특성이 우수한 것을 본 발명자들은 밝혀냈다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors earnestly researched and tried to establish the manufacturing method of a titanium type composite material suitable for obtaining the said excellent titanium type composite material. And the present inventors came up with using sintering as a manufacturing method of the titanium type composite material of this invention. Next, the raw material, the shaping | molding and sintering method, its sintering temperature, etc. were repeated and examined. As a result, the present inventors confirmed that the titanium-based composite material obtained by sintering at a temperature above β transformation point to generate α phase and β phase in the matrix is not only excellent in hot workability but also in strength, creep property, fatigue property and wear resistance. did. In addition, the present inventors have found that such a titanium-based composite material is excellent in such characteristics at room temperature as well as at a high temperature exceeding 610 ° C.

본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법은 이러한 발견에 근거하여 이루어진 것이다.The method for producing the titanium-based composite material of the present invention is made based on this finding.

즉, 본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법은 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄과 2.0 내지 6.0중량%의 주석과 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄과 0.1 내지 0.4중량%의 규소와 0.1 내지 0.5중량%의 산소를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와, 당해 매트릭스 중에 분산된 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자 및/또는 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 갖는 티탄계 복합 재료의 제조방법이며 티탄 분말과 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소가 함유되는 합금 요소 분말과 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자를 형성하는 입자 요소 분말을 혼합하는 혼합공정, 당해 혼합공정에서 수득된 혼합 분말을 사용하여 소정 형상의 성형체를 성형하는 성형공정, 당해 성형공정에서 수득된 성형체를 β 변태점 이상의 온도에서 소결시켜 β상을 생성시키는 소결 공정 및 상기 β상으로부터 α상을 석출시키는 냉각 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.That is, the method for producing a titanium-based composite material of the present invention is 3.0 to 7.0% by weight of aluminum, 2.0 to 6.0% by weight of tin, 2.0 to 6.0% by weight of zirconium, 0.1 to 0.4% by weight of silicon and 0.1 to 0.5% by weight Titanium-based composite material having a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen, and titanium compound particles occupying 1 to 10% by volume dispersed in the matrix and / or rare earth compound particles occupying 3% by volume or less. Mixing process for producing titanium powder, alloy urea powder containing aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen and particle urea powder forming titanium compound particles and / or rare earth compound particles, mixing obtained in the mixing process A molding step of molding a molded article having a predetermined shape using powder, and sintering the molded article obtained in the molding step at a temperature of β transformation point or more. Sintering process to produce a β-phase, and it has a cooling step for depositing the α phase from said β phase.

본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법은 혼합공정, 성형공정, 소결 공정 및 냉각 공정의 일련의 공정으로 이루어진다. 각 공정을 아래와 같이 진행시킬 수 있다.The method for producing a titanium-based composite material of the present invention comprises a series of processes of mixing, forming, sintering and cooling. Each process can be carried out as follows.

(1) 혼합공정(1) mixing process

혼합공정은 우선, 티탄 분말과, 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소를 함유하는 합금 요소 분말과 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자를 형성하는 입자 요소 분말을 제조한다.The mixing process first produces titanium powder, alloy urea powder containing aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen, and particle urea powder forming titanium compound particles and / or rare earth compound particles.

① 티탄 분말① titanium powder

티탄 분말에는 예를 들면, 스폰지 티탄 분말, 수소화 탈수소 분말, 수소화티탄 분말 및 아토마이즈 분말 등의 분말을 사용할 수 있다. 티탄 분말의 구성 입자의 형상이나 입자 직경(입자 직경 분포) 등은 특별히 한정되지 않는다. 시판하는 티탄 분말은 약 150μm(# 100) 이하, 평균 입자 직경으로 약 100μm 이하로 조정되어 있는 것이 많으므로 그대로 사용할 수 있다. 또한, 티탄 분말의 입자 직경이 45μm(# 325) 이하, 평균 입자 직경으로 약 20μm 이하의 것을 사용하면 치밀한 소결체를 수득하는 것이 용이해진다.As the titanium powder, for example, powders such as sponge titanium powder, hydrogenated dehydrogen powder, titanium hydride powder and atomized powder can be used. The shape, particle diameter (particle diameter distribution), and the like of the constituent particles of the titanium powder are not particularly limited. Commercially available titanium powder is adjusted to about 150 μm (# 100) or less and about 100 μm or less by an average particle diameter, and thus can be used as it is. In addition, when the particle diameter of the titanium powder is 45 μm (# 325) or less and an average particle diameter of about 20 μm or less is used, it is easy to obtain a dense sintered body.

또한, 원가 및 소결체의 치밀성의 관점에서 티탄 분말의 평균 입자 직경은 10 내지 200μm인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the average particle diameter of a titanium powder is 10-200 micrometers from a viewpoint of cost and the compactness of a sintered compact.

② 합금 요소 분말② alloy element powder

합금 요소 분말은 매트릭스의 주성분인 티탄 합금을 수득하기 위해 필요한Alloy urea powder is necessary to obtain titanium alloy, which is the main component of the matrix

분말이다. 이러한 티탄 합금은 티탄 이외에 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소를 함유하므로 합금 요소 분말은 예를 들면, 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소의 단체(금속 단체)나 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소의 화합물이나 합금 분말 등으로 이루어진다. 이들 각 원소의 하나 또는 조합에 의해 제조할 수 있는 합금이나 화합물의 분말이라도 양호하다. 또한, 티탄과 이들의 각 원소의 하나 또는 조합에 의해 제조할 수 있는 합금이나 화합물의 분말이라도 양호하다. 합금 요소 분말의 조성은 매트릭스의 배합량에 따라 적절하게 제조된다.Powder. These titanium alloys contain aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen in addition to titanium, so that the alloying element powders may be made of, for example, aluminum, tin, zirconium, silicon alone (metal body) or aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen. It consists of a compound, alloy powder, etc. The powder of an alloy or a compound which can be manufactured by one or a combination of these elements may be sufficient. Moreover, the powder of the alloy and compound which can be manufactured by titanium or one or each combination of these elements may be sufficient. The composition of the alloy urea powder is appropriately prepared according to the blending amount of the matrix.

또한, 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소의 전부를 조성으로 하는 합금 분말을 합금 요소 분말로 제조할 수 있다. 또한, 화합물의 분말과 금속(단체 또는 합금)의 분말을 조합하여 합금 요소 분말로 해도 양호하다. 예를 들면, 알루미늄의 화합물 분말과 주석, 지르코늄, 규소 및 산소를 조성으로 하는 합금 분말을 합쳐서 합금 요소 분말로 해도 양호하다.In addition, an alloy powder containing all of aluminum, tin, zirconium, silicon, and oxygen can be produced as an alloy element powder. In addition, it is good also as an alloy element powder combining the powder of a compound and the powder of a metal (single or an alloy). For example, it is good also as an alloying element powder, combining the compound powder of aluminum, and the alloy powder which consists of tin, zirconium, silicon, and oxygen.

③ 입자 요소 분말③ particle urea powder

입자 요소 분말은 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자를 형성하기 위해 필요하다. 입자 요소 분말은 티탄 화합물이나 희토류 화합물 자체의 분말일 수 있다. 또한, 매트릭스의 성분 원소(티탄, 산소 등)과 반응하여 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자를 형성하는 붕소, 탄소, 질소, 규소 등이나 희토류 원소의 단체, 합금 또는 화합물의 분말일 수 있다. 또한, 이러한 각종 분말의 조합일 수 있다.Particle urea powder is necessary for forming titanium compound particles or rare earth compound particles. The particle urea powder may be a powder of the titanium compound or the rare earth compound itself. It may also be a powder of boron, carbon, nitrogen, silicon or the like, a single element, an alloy, or a compound of titanium compound particles or rare earth compound particles which react with the constituent elements of the matrix (titanium, oxygen, etc.) to form titanium compound particles or rare earth compound particles. It may also be a combination of these various powders.

여기서 티탄 화합물 입자에는 예를 들면, 붕화티탄 입자, 탄화티탄 입자, 질화티탄 입자 또는 규화티탄 입자 등이 있다. 티탄 화합물 입자는 이들의 하나 뿐만 아니라 이들의 조합일 수 있다. 희토류 화합물 입자에는 이트륨(Y), 세륨(Ce), 란타늄(La), 에르븀(Er) 또는 네오디뮴(Nd)의 산화물 또는 황화물 등이 있다. 희토류 화합물 입자는 이들의 하나 뿐만 아니라 이들의 조합일 수 있다. 또한, 이들의 티탄 화합물 입자의 분말과 희토류 화합물 입자의 분말을 복합하여 입자 요소 분말로 해도 좋다.Here, the titanium compound particles include titanium boride particles, titanium carbide particles, titanium nitride particles or titanium silicide particles. The titanium compound particles may be one of these as well as combinations thereof. The rare earth compound particles include oxides or sulfides of yttrium (Y), cerium (Ce), lanthanum (La), erbium (Er) or neodymium (Nd). The rare earth compound particles may be one of these as well as combinations thereof. Further, the powder of the titanium compound particles and the powder of the rare earth compound particles may be combined to form a particle urea powder.

여기서는 입자 요소 분말의 한가지 예로서 대표적인 붕화티탄 분말에 관해 설명한다. 붕화티탄 분말은 붕화티탄(TiB2등)을 주성분으로 한다. 이러한 붕화티탄 분말은 매트릭스의 합금 원소를 함유할 수 있다. 예를 들면, 붕화티탄 분말이 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 또는 산소의 화합물, 합금 등의 분말과 붕소 화합물, 합금 등의 분말로 이루어진 것일 수 있다.Herein, a representative titanium boride powder will be described as an example of the particle urea powder. Titanium boride powder contains titanium boride (TiB 2 etc.) as a main component. Such titanium boride powder may contain an alloying element of the matrix. For example, the titanium boride powder may be made of a powder of aluminum, tin, zirconium, silicon or oxygen, powder such as alloy, and powder of boron compound, alloy.

이러한 붕화티탄 분말중의 붕소는 하기의 소결 공정에서 티탄과 반응하여 붕화티탄 입자를 형성하게 된다. 또한, 합금 요소 분말중에 붕소를 함유하는 합금이나 화합물이 있으면 붕화티탄 분말을 별도로 제조할 필요가 없으므로 편리하다.Boron in the titanium boride powder reacts with titanium to form titanium boride particles in the following sintering process. In addition, if there is an alloy or a compound containing boron in the alloy element powder, it is convenient because there is no need to separately prepare the titanium boride powder.

또한, 합금 요소 분말 및 입자 요소 분말을 구성하는 입자의 형상이나 입자 직경(입자 직경 분포) 등은 특별히 한정되지 않지만 합금 요소 분말의 평균 입자 직경이 5 내지 200μm, 입자 요소 분말의 평균 입자 직경이 1 내지 30μm이면 균일한 조직을 갖는 티탄계 복합 재료가 수득되며 한층 더 적절하다.The shape and particle diameter (particle diameter distribution) of the particles constituting the alloy urea powder and the particle urea powder are not particularly limited, but the average particle diameter of the alloy urea powder is 5 to 200 µm and the average particle diameter of the particle urea powder is 1. If it is 30 micrometers, the titanium type composite material which has a uniform structure will be obtained, and it is more suitable.

비교적 큰 입자 직경의 분말을 입수하는 경우에는 볼밀, 진동 밀 및 아토라이터(attritor) 등의 각종 분쇄기로 원하는 입도까지 분쇄 등을 하여 조정하면 좋다.When obtaining powder of relatively large particle diameter, it is good to adjust it by grind | pulverizing to a desired particle size with various grinders, such as a ball mill, a vibration mill, and an attritor.

④ 혼합④ mixed

이와 같이 제조한 티탄 분말, 합금 요소 분말 및 입자 요소 분말을 혼합한다. 이러한 혼합방법은 V형 혼합기, 볼밀 및 진동 밀 등을 사용하여 혼합할 수 있지만 특별히 이들로 한정되지 않는다. 본 공정에서는 공지된 혼합방법을 채용하여, 하등 특수한 수단을 강구하지 않고, 각 분말 입자가 균일하게 분산된 혼합 분말을 수득할 수 있다. 따라서 대단히 염가로 본 공정을 달성할 수 있다.The titanium powder, alloy urea powder, and particle urea powder thus prepared are mixed. This mixing method may be mixed using a V-type mixer, a ball mill, a vibration mill, or the like, but is not particularly limited thereto. In this step, a well-known mixing method can be employed to obtain a mixed powder in which each powder particle is uniformly dispersed without taking any special means. Therefore, this process can be achieved very cheaply.

단, 합금 요소 분말이나 입자 요소 분말이 2차 입자 등을 격렬하게 응집하는 입자인 경우, 아토라이터 등의 고에너지 볼밀을 사용하여 불활성 가스 분위기 중에서 교반 혼합 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 처리를 실시함으로써 티탄계 복합 재료를 보다 치밀화시킬 수 있다.However, when alloy urea powder or particle urea powder is a particle which violently aggregates secondary particles, etc., it is preferable to carry out stirring-mixing process in an inert gas atmosphere using high energy ball mills, such as an atomizer. By carrying out such treatment, the titanium-based composite material can be made more compact.

(2) 성형공정(2) forming process

성형공정은 상기한 혼합공정에서 수득된 혼합 분말을 사용하여 소정 형상의 성형체를 성형하는 공정이다. 이러한 소정 형상은 목적물의 최종적인 형상일 수 있으며, 소결 공정 후에 가공을 실시하는 경우에는 빌레트상(billet shape)일 수 있다.A molding process is a process of shape | molding the molded object of a predetermined shape using the mixed powder obtained by said mixing process. This predetermined shape may be the final shape of the target object, and may be a billet shape when processing is performed after the sintering process.

이러한 성형공정에서의 성형방법으로서 예를 들면, 금형 성형이나 CIP 성형[냉간 정수압(靜水厭) 프레스 성형], RIP 성형(고무 정수압 프레스 성형) 등의 방법을 사용할 수 있다. 물론, 이들로 한정되지 않으며 기타 공지된 분말 성형방법을 이용할 수 있다. 또한, 금형 성형이나 CIP 성형, RIP 성형 등의 방법을 사용하는 경우, 원하는 기계적 성질이 얻어지도록 이들의 성형 압력 등을 조정하면 양호하다.As a shaping | molding method in such a shaping | molding process, methods, such as die shaping | molding, CIP shaping | molding (cold hydrostatic pressure press molding), RIP shaping | molding (rubber hydrostatic pressure press molding), etc. can be used, for example. Of course, it is not limited to these and other well-known powder shaping | molding methods can be used. Moreover, when using methods, such as metal mold shaping | molding, CIP shaping | molding, and RIP shaping | molding, it is good to adjust these shaping | molding pressures etc. so that a desired mechanical property may be obtained.

(3) 소결 공정(3) sintering process

소결 공정은 성형공정에서 수득한 성형체를 매트릭스의 β 변태점 이상의 온도로 소결시키는 공정이다. 요컨대, 이러한 소결 공정에 의해 성형체 중에서 접촉하고 있는 각 입자끼리 소결된다. 이와 같이 소결할 때에는 하기와 같은 일이 일어난다.A sintering process is a process of sintering the molded object obtained by the molding process to the temperature more than (beta) transformation point of a matrix. In short, each particle in contact with the molded body is sintered by the sintering step. When sintering in this way, the following occurs.

성형체를 β 변태점 이상으로 가열하면 티탄 분말과 합금 요소 분말이 합금화되어 매트릭스인 티탄 합금을 형성한다. 이와 동시에 티탄 분말과 입자 요소 분말 사이에 신규한 화합물(예: TiB 등)의 입자가 형성된다.When the molded body is heated above the β transformation point, the titanium powder and the alloy element powder are alloyed to form a titanium alloy as a matrix. At the same time, particles of a novel compound (such as TiB) are formed between the titanium powder and the particle urea powder.

이러한 성형체가 소결됨으로써 티탄 합금을 주성분으로 한 매트릭스 중에 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자가 분산된 티탄계 복합 재료가 형성되게 된다.By sintering such a molded body, a titanium-based composite material in which titanium compound particles and / or rare earth compound particles are dispersed in a matrix mainly composed of a titanium alloy is formed.

소결 공정에서의 소결은 진공 또는 불활성 가스의 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 소결 온도는 β 변태점 이상의 온도역에서 실시되지만, 이러한 온도범위가 1200℃ 내지 1400℃이면 보다 바람직하다. 또한, 이의 소결 시간은 2 내지 16시간인 것이 바람직하다. 1200℃ 미만 및 2시간 미만의 소결에서는 치밀화가 언제나 충분하지 않다. 1400℃를 초과하는 온도 또는 16시간 이상의 소결은 에너지면에서 비경제적이며 생산성의 점에서도 효율적이지 않다.Sintering in the sintering step is preferably performed in a vacuum or inert gas atmosphere. Moreover, although sintering temperature is implemented in the temperature range more than (beta) transformation point, it is more preferable if such temperature range is 1200 degreeC-1400 degreeC. In addition, the sintering time thereof is preferably 2 to 16 hours. Densification is not always sufficient for sintering below 1200 ° C. and below 2 hours. Temperatures above 1400 ° C. or sintering for more than 16 hours are uneconomical in energy and inefficient in terms of productivity.

따라서, 1200℃ 내지 1400℃, 2 내지 16시간의 소결조건에서 소결을 실시하고 원하는 조직을 갖는 티탄계 복합 재료를 수득하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to carry out the sintering under the sintering conditions of 1200 to 1400 ° C. for 2 to 16 hours to obtain a titanium-based composite material having a desired structure.

또한, 매트릭스의 주성분인 티탄 합금이 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소 이외에 니오븀, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐 및 하프늄을 함유하는 경우에도 동일하게 상기한 제조방법을 이용할 수 있다.In addition, the above-described production method can be used when the titanium alloy as the main component of the matrix contains niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and hafnium in addition to aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen.

요컨대, 이들 각종 원소를 함유하는 분말을 미리 제조하고 혼합공정에서 이러한 분말을 합금 요소 분말로서 사용한다. 이렇게 하면, 용이하게 니오븀, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐 및 하프늄을 매트릭스에 함유시킬 수 있다. 이러한 경우에도 동일하게, 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소, 산소, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐 및 하프늄의 각 원소의 단체(금속), 합금, 화합물의 분말을, 각 원소가 소정량 함유되도록 제조하면 양호하다.In short, a powder containing these various elements is prepared in advance and this powder is used as the alloying element powder in the mixing step. In this way, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and hafnium can be easily contained in the matrix. In this case as well, if a single element (metal), alloy, or compound powder of each element of aluminum, tin, zirconium, silicon, oxygen, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and hafnium is produced so as to contain a predetermined amount Good.

또한, 평균 종횡비가 1 내지 40이며 평균 입자 직경이 0.5 내지 50μm인 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자가 함유되는 입자 요소 분말을 사용하여 혼합, 소결시키면 고상반응에 의해 용이하게 이러한 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자를 매트릭스 중에 균일하게 분산시킬 수 있다.In addition, when titanium oxide particles having an average aspect ratio of 1 to 40 and an average particle diameter of 0.5 to 50 µm or particle urea powders containing rare earth compound particles are mixed and sintered, these titanium compound particles and / or are easily formed by solid phase reaction. The rare earth compound particles can be uniformly dispersed in the matrix.

(4) 냉각 공정(4) cooling process

냉각 공정은 소결 공정후의 β상으로부터 침상의 α상을 석출시키는 공정이다. β상 중에 α상을 미세하게 분산시킴으로써 요컨대, 석출 강화에 의해 티탄계 복합재의 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다.The cooling step is a step of depositing a needle-like α phase from the β phase after the sintering step. By finely dispersing the α phase in the β phase, that is, the strength of the titanium-based composite material can be remarkably improved by precipitation strengthening.

구체적으로는, 소결후에 원하는 냉각속도로 냉각함으로써 β상으로부터 침상의 α상을 석출시킬 수 있다. 이러한 냉각속도는 0.1 내지 10℃/s이면 바람직하다. 특히, 냉각속도가 1℃/s 정도이면 보다 바람직하다. 또한, 이러한 냉각방법에는 노냉(爐冷), 제어 냉각 등이 있다. 제어 냉각에는 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 의한 강제 냉각이나 노(爐)의 전압을 제어하여 냉각하는 방법 등이 있으며, 이들에 의해 냉각속도가 조절된다.Specifically, the needle-like α phase can be precipitated from the β phase by cooling at a desired cooling rate after sintering. This cooling rate is preferably 0.1 to 10 ° C / s. In particular, it is more preferable if the cooling rate is about 1 ° C / s. Further, such cooling methods include furnace cooling, controlled cooling, and the like. Controlled cooling includes forced cooling by inert gas such as argon gas, cooling by controlling the voltage of the furnace, and the like, and the cooling rate is adjusted by these.

여기서는 붕화티탄(TiB2)을 함유하는 티탄 화합물 분말(입자 요소 분말의 한 종류)을 사용한 티탄계 복합 재료를 예로 들며, 냉각 공정에 관해서 설명한다. 소결 공정후, 티탄 합금의 β상과 TiB 입자(티탄 화합물 입자)의 2상 조직이 얻어진다. 이것을 상기한 냉각속도로 냉각하면 이러한 β상으로부터 침상의 α상이 석출된다.Here, a titanium-based composite material using titanium compound powder (a kind of particle urea powder) containing titanium boride (TiB 2 ) will be taken as an example, and a cooling process will be described. After the sintering step, the two-phase structure of the β phase of the titanium alloy and the TiB particles (titanium compound particles) is obtained. When this is cooled at the above-mentioned cooling rate, needle-like α phase is precipitated from such β phase.

이 결과, β상과 침상의 α상의 혼합상이 형성되게 된다. 이러한 β상, 침상의 α상 및 TiB 입자의 혼합상은 티탄계 복합 재료의 고온 범위의 크리프 특성 및 피로 특성을 향상시킨다. 또한, 이러한 TiB 입자는 티탄계 복합 재료가 열간 가공될 때, β상의 입자 직경의 거대화를 효과적으로 억제한다.As a result, a mixed phase of the β phase and the needle-like α phase is formed. The mixed phase of the β-phase, acicular-phase α-phase and TiB particles improves the creep and fatigue properties of the titanium-based composite material in the high temperature range. In addition, such TiB particles effectively suppress the enlargement of the particle diameter of the β-phase when the titanium-based composite material is hot worked.

이상의 공정은 입수가 용이한 원료 분말과 기존 설비를 사용할 수 있다. 추가하여, 공정의 수도 적으며 각 공정은 간편하다. 따라서, 이러한 제조방법은 본 발명의 티탄계 복합 재료를 수득하는 데에 각별히 적절하다.The above process can use the raw material powder and existing equipment which are easy to obtain. In addition, the number of processes is small and each process is simple. Therefore, this manufacturing method is particularly suitable for obtaining the titanium-based composite material of the present invention.

종래부터 열간 가공성, 고온 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성 등이 우수한 티탄 재료를 수득하는 것은 대단히 곤란한다. 따라서, 이러한 티탄 재료의 생산성이 극단적으로 나쁘며 이의 사용은 특수분야에 한정되고 있다.Conventionally, it is very difficult to obtain a titanium material excellent in hot workability, high temperature strength, creep properties, fatigue properties, and wear resistance. Therefore, the productivity of such titanium materials is extremely poor and its use is limited to special fields.

이상, 기재된 바와 같이 본 발명의 티탄계 복합 재료 및 이의 제조방법은 훌륭하게 본 과제를 해결한 것이다.As described above, the titanium-based composite material of the present invention and the production method thereof solve the present problem excellently.

본 제조방법의 적응예Example of adaptation of this manufacturing method

본 발명의 티탄계 복합 재료가 자동차용 엔진 밸브에 적절하다는 것은 먼저 기재했다. 이러한 자동차용 엔진 밸브는 본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법을 사용하여 용이하게 제조할 수 있다. 이러한 경우, 성형공정에서 원하는 밸브 형상으로 성형체를 성형하면 자동차용 엔진 밸브의 제조는 한층 더 용이해진다.It has been described first that the titanium-based composite material of the present invention is suitable for automobile engine valves. Such automotive engine valves can be easily manufactured using the method for producing a titanium-based composite material of the present invention. In such a case, when the molded body is molded into a desired valve shape in the molding step, the production of the engine valve for an automobile is further facilitated.

다음에 자동차용 엔진 밸브의 제조를 예로 들며, 본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법을 구체적으로 설명한다.Next, the production of the engine valve for automobiles will be taken as an example, and the method for producing the titanium-based composite material of the present invention will be described in detail.

① 성형공정에서 적당한 형상의 빌레트를 성형한다. 다음에 소결 공정에서 성형체를 소결시킨다. 그리고, 수득된 소결체를 α+β역 또는 β 변태점 이상의 온도에서 밸브 형상으로 열간 가공하는 열간 가공공정을 추가한다.① Form billet of proper shape in molding process. Next, the molded body is sintered in the sintering step. And the hot work process which hot-processes the obtained sintered compact to a valve shape at the temperature more than (alpha) + (beta) area | region or (beta) transformation point is added.

본 발명의 티탄계 복합 재료의 제조방법에 의해 수득된 소결체는 β상과 침상의 α상과 TiB 입자 등의 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자와의 혼합상을 갖고 있다. 따라서, α+β역 또는 β 변태점 이상의 온도에서 열간 가공해도 변형 저항이 낮으며 열간 가공성이 우수하다. 이러한 경우, 기존의 열간 가공설비를 사용하여 용이하게 열간 가공을 실시할 수 있으므로 바람직하다.The sintered body obtained by the method for producing a titanium-based composite material of the present invention has a mixed phase of titanium compound particles and / or rare earth compound particles such as β-phase and needle-shaped α-phase and TiB particles. Accordingly, even when hot working at a temperature above the α + β range or β transformation point, the deformation resistance is low and the hot workability is excellent. In such a case, since hot working can be easily performed using existing hot working facilities, it is preferable.

여기서 이러한 소결체가 양호한 열간 가공성을 갖는 것은 β 변태점 이상으로 가열해도 TiB 입자 등에 의해 β입자의 이상(異常) 입자성장이 억제되므로(구체적으로는, β 입자 직경을 평균해서 50μm 이하로 조절할 수 있으므로) β 변태점 이상에서 열간 가공을 할 수 있기 때문이다. 요컨대, β 변태점 이상에서 열간 가공을 할 수 있게 됨으로써 가공시의 변형 저항이 작고 β입자의 이상 입자성장도 없으며 또한 주름이나 균열도 없는 건전한 가공재가 수득되기 때문이다.The reason why such a sintered body has good hot workability is that abnormal grain growth of β particles is suppressed by TiB particles or the like even when heated above the β transformation point (specifically, the average particle diameter can be adjusted to 50 μm or less). This is because hot working can be performed at a β transformation point or more. In other words, since the hot working can be performed at the β transformation point or more, a healthy working material is obtained in which the deformation resistance during processing is small, there is no abnormal grain growth of the β particles, and there are no wrinkles or cracks.

② 이러한 열간 가공공정 중에서 다음과 같이 하면 한층 더 바람직하다.(2) It is more preferable if the following is performed among these hot working processes.

우선, 당해 소결체를 α+β역 또는 β 변태점 이상의 온도에서 열간 압출가공하며 원하는 형상의 스템부를 성형한다. 다음에 α+β 영역 또는 β 변태점 이상의 온도에서 열간 단조에 의해 원하는 형상의 헤드부를 성형한다. 이때에 스템부와 헤드부를 일체로 가공하여 엔진 밸브 소재로 하여도 좋고, 이 스템부와 헤드부를 용접 등에 의해 접합하여 엔진 밸브 소재로 하여도 좋다. 다음에 이 소재에 마무리 가공을 시행하여 원하는 수단을 갖는 엔진 밸브로 만들면 좋다.First, the sintered compact is hot-extruded at a temperature equal to or higher than α + β or a β transformation point to form a stem portion having a desired shape. Next, the head part of a desired shape is shape | molded by hot forging in the temperature more than (alpha) + (beta) area | region or (beta) transformation point. At this time, the stem part and the head part may be integrally processed to form an engine valve material, or the stem part and the head part may be joined by welding or the like to form an engine valve material. Next, the material may be finished to form an engine valve having a desired means.

이때에 스템부 및 헤드부의 성형시에 있어서 가공 온도는 쌍방 모두 900℃ 내지 1200℃의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 이의 가공 온도가 900℃ 미만이면 변형 저항을 충분히 작게 하는 것이 어렵기 때문이다. 한편, 이의 가공 온도가 1200℃를 초과하면 산화가 심하며 이후의 재료 특성에 악영향을 주거나 열간 가공시에 표면에 미세한 균열이 생길 가능성이 있기 때문이다.At this time, it is preferable that both the processing temperatures are in the range of 900 ° C to 1200 ° C at the time of molding the stem and the head. It is because it is difficult to make deformation resistance small enough if its processing temperature is less than 900 degreeC. On the other hand, if its processing temperature exceeds 1200 ° C., oxidation is severe and there is a possibility that it will adversely affect the material properties or fine cracks on the surface during hot working.

③ 또한, 성형 공정에서 성형체의 형상을 원하는 밸브 형상으로 보다 접근시키면 소결체의 열간 가공이 보다 용이해져서 바람직하다. 이와 같이 본 제조 방법은 본 발명의 티탄계 복합 재료로 이루어진 엔진 밸브의 제조에 특히 적합하다. 또한, 고온 강도, 비강도 등이 우수한 엔진 밸브의 양산을 할 수 있으며 이러한 엔진 밸브가 염가로 얻어지게 된다. 특히, 본 발명의 티탄계 복합 재료로 이루어진 엔진 밸브는 내열성을 갖는다는 점에서 우수하다.(3) In addition, when the shape of the molded body is brought closer to the desired valve shape in the molding step, the hot working of the sintered body becomes easier, which is preferable. As such, the present production method is particularly suitable for the production of engine valves made of the titanium-based composite material of the present invention. In addition, it is possible to mass-produce engine valves having excellent high temperature strength, specific strength, and the like, and such engine valves can be obtained at low cost. In particular, an engine valve made of the titanium-based composite material of the present invention is excellent in that it has heat resistance.

하기에 구체적인 실시예와 비교예를 들면서 본 발명을 상세하게 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to specific examples and comparative examples.

실시예 1: 시료 1Example 1 Sample 1

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 42.1 Al-28.4 Sn-27.8 Zr-1.7 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말[평균 입자 직경: 9μm: 수치는 함유 원소의 중량%이다(이하 동일하다)] 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 또한, 함유 산소량이 상이한 티탄 분말을 적절하게 선택하여 사용함으로써 매트릭스의 산소량을 조정한다. 이것은 하기의 각 실시예 및 비교예에서도 동일하다. 이와 관련하여, 0.1 내지 0.35중량%의 산소를 함유하는 티탄 분말을 사용했지만, 합금 요소 분말에 약간 산소가 함유되어 있다(0.1중량% 정도).(1) An alloy element powder composed of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and an alloy powder having a composition of 42.1 Al-28.4 Sn-27.8 Zr-1.7 Si [average particle diameter: 9 μm; % (The same applies hereinafter)] and TiB 2 powder (average particle diameter: 2 μm) which are particle urea powders, respectively. In addition, the amount of oxygen in the matrix is adjusted by appropriately selecting and using titanium powders having different amounts of oxygen. This is also the same in each of the following Examples and Comparative Examples. In this connection, titanium powder containing 0.1 to 0.35% by weight of oxygen was used, but some oxygen was contained in the alloy element powder (about 0.1% by weight).

이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다(혼합 공정). 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32mm)의 빌레트를 성형한다(성형 공정). 여기서의 성형압은 6t/㎠로 한다.These raw material powders are mix | blended in arbitrary ratios, and it mixes well with an ato writer (mixing process). The mixed powder thus obtained is used to mold a billet (? 16 × 32 mm) of billet by mold molding (molding step). The molding pressure here is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 빌레트를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 12.5℃/min의 승온 속도(하기의 실시예, 비교예에서도 동일)로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정).The billet was then heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the sintering temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a heating rate of 12.5 ° C./min (the same as in Examples and Comparative Examples below). Hold for a time and sinter (sintering process). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s (cooling process).

이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 1)를 수득한다.The sample for measurement (sample 1) used in the following measurement is obtained from the sintered compact thus obtained.

시료 1에 대하여 주사형 전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)과 습식 분석장치를 사용함으로써 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자(TiB 입자)의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 1에 기재한다.Sample 1 was measured using a scanning electron microscope (SEM) and a wet analyzer to measure the composition of the matrix and the occupancy of titanium boride particles (TiB particles). Table 1 shows the results of these measurements.

또한, 표 1에 기재된 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소, 산소, 니오븀 및 몰리브덴의 각 원소의 함유량은 시료 전체의 중량을 100중량%로 할 때의 값이며 붕화티탄 입자의 점유량은 시료 전체의 체적을 100체적%로 할 때의 값이다. 이러한 점은 하기의 실시예 및 비교예에서도 동일하다.In addition, content of each element of aluminum, tin, zirconium, silicon, oxygen, niobium, and molybdenum shown in Table 1 is a value when the weight of the whole sample is 100 weight%, and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains is the volume of the whole sample. This value is 100 vol%. This point is also the same in the following Examples and Comparative Examples.

또한, 시료 1의 진(眞)밀도에 대한 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정한 결과, 상대 밀도는 98.5%인 것으로 밝혀졌다. 이러한 점으로부터 시료 1은 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.Moreover, as a result of measuring the relative density with respect to the true density of the sample 1 by the Archimedes method, it turned out that the relative density is 98.5%. From this point, it was found that Sample 1 was excellent in compactness.

② 한편, 상기의 혼합 분말을 사용하여 다음과 동일하게 하여 밸브를 제작한다.(2) On the other hand, the above-mentioned mixed powder is used to produce a valve as follows.

혼합 분말을 4t/㎠로 CIP 성형하여 8mm(스템 직경)×35mm(헤드 직경)×120mm(전체 길이)의 형상을 갖는 밸브 성형체를 수득한다. 이러한 밸브 성형의 형상을 도 5A에 나타낸다. 이어서, 이러한 밸브 형상의 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 1300℃에서 16시간의 소결 및 냉각을 실시한다. 그리고, 이러한 소결체를 원하는 형상으로 마무리 가공하여 엔진 밸브를 수득한다. 이러한 엔진 밸브의 형상을 도 5B에 나타낸다. 이러한 엔진 밸브를 실기(實機) 내구 시험에 제공하여 평가한다.The mixed powder is CIP-molded at 4 t / cm 2 to obtain a valve molded body having a shape of 8 mm (stem diameter) x 35 mm (head diameter) x 120 mm (full length). The shape of such valve shaping is shown in Fig. 5A. Subsequently, such a valve-shaped molded body is subjected to sintering and cooling for 16 hours at 1300 ° C. in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr. And this sintered compact is finished to a desired shape, and an engine valve is obtained. The shape of such an engine valve is shown in FIG. 5B. Such engine valves are subjected to practical endurance tests and evaluated.

실시예 2: 시료 2Example 2: Sample 2

① 원료 분말로서, 시판하는 스폰지 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm) 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 아토라이터를 사용하여 잘 혼합한다(혼합 공정). 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 CIP 성형에 의해 소정 형상의 성형체를 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 4t/㎠로 한다.(1) an alloy element powder (average particle diameter: 9 mu m) consisting of a commercially available sponge titanium powder (# 100), an alloy powder having a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si; TiB 2 powder (average particle diameter: 2 μm), which is particle urea powder, was prepared, respectively. Each of these raw powders is blended in an arbitrary ratio and mixed well using an AtoWriter (mixing step). Using the mixed powder thus obtained, a molded article having a predetermined shape is formed by CIP molding (molding step). Here, the molding pressure is 4 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고 이러한 소결 온도에서 16시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 2)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at the above-mentioned temperature rising rate of 12.5 ° C./min, and hold at this sintering temperature for 16 hours for sintering (sintering process ). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 2) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 2에 대하여 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 1에 기재한다.With respect to Sample 2, the composition of the matrix and the occupancy of the titanium boride particles were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of these measurements.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 2의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 2도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 2 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point of view, it was found that Sample 2 was also excellent in compactness.

② 한편, 상기한 혼합 분말을 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 밸브를 제작한다.(2) On the other hand, a valve is manufactured in the same manner as in Example 1 using the above-described mixed powder.

실시예 3: 시료 3Example 3: Sample 3

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm) 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다(혼합 공정). 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32mm)의 빌레트를 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① Raw material powder, alloy element powder (average particle diameter: 9 micrometers) which consists of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and the alloy powder which has a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si. And TiB 2 powder (average particle diameter: 2 m), which are particle urea powders, are prepared, respectively. These raw material powders are mix | blended in arbitrary ratios, and it mixes well with an ato writer (mixing process). The mixed powder thus obtained is used to mold a billet (? 16 × 32 mm) of billet by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 빌레트를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지한다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 3)를 수득한다.This billet is then heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to a sintering temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a heating rate of 12.5 ° C./min as described above, and maintained at this sintering temperature for 4 hours (sintering step). . Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 3) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 3에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 1에 기재한다.About sample 3, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. Table 1 shows the results of these measurements.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 3의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 3도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 3 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point, it was found that Sample 3 was also excellent in compactness.

② 한편, 상기의 혼합 분말을 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 밸브를 제작한다.(2) On the other hand, a valve is manufactured in the same manner as in Example 1 using the above mixed powder.

실시예 4: 시료 4 내지 9Example 4: Samples 4-9

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm) 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 각각 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다(혼합 공정).① Raw material powder, alloy element powder (average particle diameter: 9 micrometers) which consists of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and the alloy powder which has a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si. And TiB 2 powder (average particle diameter: 2 m), which are particle urea powders, are prepared, respectively. These raw material powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well by an AtoWriter (mixing process).

또한, 본 실시예에서는 배합 비율이 상이한 6종류의 혼합 분말을 조제한다. 이와 같이 수득한 6종류의 혼합 분말을 각각 별도로 사용하여 금형 성형에 의해 각 혼합 분말로 이루어진 통 모양(ø16×32)의 성형체를 6종류 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 모두 6t/㎠로 한다.In addition, in this example, six types of mixed powders having different blending ratios are prepared. The six types of mixed powders thus obtained are used separately, and six types of cylindrical bodies (? 16x32) made of each mixed powder are formed by mold molding (molding step). Here, the molding pressures are all 6t / cm 2.

이어서, 이들 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지한다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 얻어진 각 소결 빌레트로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 4 내지 시료 9)를 각각 수득한다.Subsequently, these molded bodies are heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the sintering temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at the above-mentioned temperature rising rate of 12.5 ° C./min and hold at this sintering temperature for 4 hours (sintering step). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). From each of the sintered billets thus obtained, samples for measurement (samples 4 to 9) used in the following measurements are obtained, respectively.

시료 4 내지 시료 9에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 각 시료의 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 각각 측정한다. 이들의 측정 결과를 각각 표 1에 기재한다. 또한, 시료 5에서는 붕화티탄 입자의 평균 종횡비가 35이며 또한 평균 입자 직경이 2μm인 것을 알았다.With respect to Samples 4 to 9, the composition of the matrix of each sample and the occupancy of the titanium boride particles were measured in the same manner as in Example 1. These measurement results are shown in Table 1, respectively. In Sample 5, it was found that the average aspect ratio of the titanium boride particles was 35, and the average particle diameter was 2 m.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 4 내지 시료 9의 진밀도에 대한 상대 밀도를 각각 측정한 결과, 어느 쪽의 시료도 모두 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 4 내지 시료 9도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the samples 4-9 was measured respectively similarly to Example 1, and as a result, both samples are 98.5% of the relative density. From this point of view, it was found that Samples 4 to 9 were also excellent in compactness.

② 상기한 시료 5 및 9의 각 소결 빌레트를 사용하여 1150℃에서의 열간 압출 가공에 의해 스템부를 각각 성형한다. 이어서, 나머지 부분을 1150℃까지 가열하여 단조에 의해 헤드부를 각각 성형한다. 이러한 밸브 성형체는 도 5A에 나타내는 실시예 1의 밸브 성형체와 동일한 형상으로 한다.(2) The stem portions are formed by hot extrusion at 1150 ° C using the respective sintered billets of samples 5 and 9 described above. Subsequently, the remaining portions are heated to 1150 ° C. to mold the head portions by forging. Such a valve molded body has the same shape as the valve molded body of Example 1 shown in FIG. 5A.

시료 5를 수득한 소결 빌레트로 이루어진 엔진 밸브의 스템부에 대해서 도 1에 이의 압출 방향에서의 단면 조직을 나타낸다. 도 1로부터, 이러한 조직은 매트릭스의 α+β상 중에 붕화티탄 입자가 압출 방향으로 배향된 조직을 나타낸다는 것을 알았다.The cross-sectional structure in the extrusion direction thereof is shown in FIG. 1 for the stem portion of the engine valve made of the sintered billet from which Sample 5 was obtained. From FIG. 1, it was found that such a tissue exhibits a structure in which titanium boride particles are oriented in the extrusion direction in the α + β phase of the matrix.

실시예 5: 시료 10Example 5: Sample 10

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 33.0 Al-22.0 Sn-22.0 Zr-22.0 Mo-1.0 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 3μm) 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 잘 혼합하여 혼합 분말을 수득한다(혼합 공정). 이러한 혼합 분말을 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)으로 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① raw material powders, commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100), alloy element powder (average particle diameter: 3 μm) and particle element composed of alloy powder having a composition of 33.0 Al-22.0 Sn-22.0 Zr-22.0 Mo-1.0 Si TiB 2 powder (average particle diameter: 2 μm), which is a powder, was prepared, respectively. These raw powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well to obtain a mixed powder (mixing step). Such mixed powder is molded into a cylindrical shape (ø16 × 32) by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 10)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to a sintering temperature of 1300 ° C. from room temperature at the above temperature increase rate of 12.5 ° C./min, and maintained at this sintering temperature for 4 hours for sintering (sintering fair). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The sample for measurement (sample 10) used in the following measurement is obtained from the sintered compact thus obtained.

시료 10에 대하여 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이의 측정 결과를 표 1에 기재한다.About sample 10, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. The measurement results thereof are shown in Table 1.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 10의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 10도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 10 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point, it was found that Sample 10 was also excellent in compactness.

② 상기한 소결체를 사용하여 1150℃의 열간 압출가공에 의해 스템부를 성형한다.② The stem is molded by hot extrusion at 1150 ° C. using the sintered body described above.

실시예 6: 시료 11Example 6: Sample 11

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm) 및 입자 요소 분말인 TiC 분말(평균 입자 직경: 3μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 잘 혼합하여 혼합 분말을 수득한다(혼합 공정). 이러한 혼합 분말을 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)으로 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① Raw material powder, alloy element powder (average particle diameter: 9 micrometers) which consists of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and the alloy powder which has a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si. And TiC powder (average particle diameter: 3 µm), which are particle urea powders, are prepared, respectively. These raw powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well to obtain a mixed powder (mixing step). Such mixed powder is molded into a cylindrical shape (ø16 × 32) by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 11)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the sintering temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a heating rate of 12.5 ° C./min as described above, and to sinter by holding at this sintering temperature for 4 hours (sintering step) ). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 11) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 11에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 탄화티탄 입자(TiC)의 점유량을 측정한다. 이의 측정 결과를 표 1에 기재한다.About the sample 11, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of titanium carbide particle (TiC). The measurement results thereof are shown in Table 1.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 11의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 11도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 11 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point of view, it was found that Sample 11 was also excellent in compactness.

② 상기한 소결체를 사용하여 실시예 4의 시료 5와 동일한 방법에 의해 엔진 밸브를 제작하여 이것을 내구 시험에 제공한다.(2) An engine valve was produced by the same method as Sample 5 of Example 4 using the sintered body described above, and this was provided to the endurance test.

실시예 7: 시료 12Example 7: Sample 12

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm) 및 입자 요소 분말인 TiC 분말(평균 입자 직경: 3μm)과 TiB2분말(평균 입자 직경: 3μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 잘 혼합하여 혼합 분말을 수득한다(혼합 공정). 이러한 혼합 분말을 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)으로 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① Raw material powder, alloy element powder (average particle diameter: 9 micrometers) which consists of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and the alloy powder which has a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si. And TiC powder (average particle diameter: 3 µm) and TiB 2 powder (average particle diameter: 3 µm) as particle urea powders, respectively. These raw powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well to obtain a mixed powder (mixing step). Such mixed powder is molded into a cylindrical shape (ø16 × 32) by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 12)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to a sintering temperature of 1300 ° C. from room temperature at the above temperature increase rate of 12.5 ° C./min, and maintained at this sintering temperature for 4 hours for sintering (sintering fair). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 12) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 12에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 탄화티탄 입자, 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이의 측정 결과를 표 1에 기재한다.About the sample 12, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix, and the occupancy amount of the titanium carbide particle and titanium boride particle | grains. The measurement results thereof are shown in Table 1.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 12의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 12도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 12 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point of view, it was found that Sample 12 was also excellent in compactness.

② 상기한 소결체를 사용하여 1150℃의 열간 압출 가공에 의해 스템부를 성형한다.(2) The stem portion is molded by hot extrusion at 1150 占 폚 using the sintered body described above.

실시예 8: 시료 13Example 8: Sample 13

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm)과 탄탈 분말(평균 입자 직경: 9μm)과 텅스텐 분말(평균 입자 직경: 3μm)로 이루어진 합금 요소 분말 및 입자 요소 분말인 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 잘 혼합하여 혼합 분말을 수득한다(혼합 공정). 이러한 혼합 분말을 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)으로 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① Raw material powder, alloy element powder (average particle diameter: 9 micrometers) which consists of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and the alloy powder which has a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si. And TiB 2 powder (average particle diameter: 2 µm), which is an alloy urea powder composed of and tantalum powder (average particle diameter: 9 µm) and tungsten powder (average particle diameter: 3 µm), and particle urea powder, respectively. These raw powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well to obtain a mixed powder (mixing step). Such mixed powder is molded into a cylindrical shape (ø16 × 32) by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 13)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to a sintering temperature of 1300 ° C. from room temperature at the above temperature increase rate of 12.5 ° C./min, and maintained at this sintering temperature for 4 hours for sintering (sintering fair). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 13) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 13에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이의 측정 결과를 표 1에 기재한다.About the sample 13, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. The measurement results thereof are shown in Table 1.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 13의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 13도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 13 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point of view, it was found that Sample 13 was also excellent in compactness.

② 상기한 소결체를 사용하여 1150℃의 열간 압출 가공에 의해 스템부를 성형한다.(2) The stem portion is molded by hot extrusion at 1150 占 폚 using the sintered body described above.

실시예 9: 시료 14Example 9: Sample 14

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 30.7 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-6.2 Hf-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말로 이루어진 합금 요소 분말(평균 입자 직경: 9μm)과 입자 요소 분말인 Y2O3분말(평균 입자 직경: 3μm)과 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 각각 임의의 비율로 배합하고 잘 혼합하여 혼합 분말을 수득한다(혼합 공정). 이러한 혼합 분말을 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)으로 성형한다(성형 공정). 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.(1) Alloy element powder (average particle diameter) consisting of a commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and an alloy powder having a composition of 30.7 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-6.2 Hf-1.4 Si : 9 µm), Y 2 O 3 powder (average particle diameter: 3 µm) and TiB 2 powder (average particle diameter: 2 µm), which are particle urea powders, were prepared, respectively. These raw powders are each blended in an arbitrary ratio and mixed well to obtain a mixed powder (mixing step). Such mixed powder is molded into a cylindrical shape (ø16 × 32) by mold molding (molding step). Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다(소결 공정). 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다(냉각 공정). 이와 같이 수득한 소결체로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 14)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to a sintering temperature of 1300 ° C. from room temperature at the above temperature increase rate of 12.5 ° C./min, and maintained at this sintering temperature for 4 hours for sintering (sintering fair). Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above (cooling process). The measurement sample (sample 14) used in the following measurement is obtained from the sintered compact obtained in this way.

시료 14에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이의 측정 결과를 표 1에 기재한다. 또한, Y2O3입자의 점유량은 약 0.8체적%이다.About the sample 14, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. The measurement results thereof are shown in Table 1. In addition, the occupancy amount of the Y 2 O 3 particles is about 0.8% by volume.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 14의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 상대 밀도가 98.5%이다. 이러한 점으로부터 시료 14도 치밀성이 우수하다는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample 14 was measured like Example 1, and the relative density is 98.5%. From this point of view, it was found that Sample 14 was also excellent in compactness.

② 상기한 소결체를 사용하여 1150℃의 열간 압출 가공에 의해 스템부를 성형한다.(2) The stem portion is molded by hot extrusion at 1150 占 폚 using the sintered body described above.

[비교예][Comparative Example]

비교예 1: 시료 C1Comparative Example 1: Sample C1

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), Al-40V 분말(평균 입자 직경: 3μm) 및 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다. 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)의 성형체를 성형한다. 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① As raw material powders, the titanium powder to a commercially available hydrogenated dehydrogenation (# 100), Al-40V powder are prepared:: (mean particle size 2μm), respectively (mean particle size 3μm) and TiB 2 powders. These raw material powders are blended in any ratio and mixed well with an Atolighter. Using the mixed powder thus obtained, a cylindrical (? 16 × 32) molded body is molded by mold molding. Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도를 4시간 동안 유지하여 소결시킨다. 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다. 이와 같이 수득한 소결 빌레트로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 C1)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at the above-mentioned temperature rising rate of 12.5 ° C./min, and the sintering temperature is maintained for 4 hours to sinter. Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above. The sample for measurement (sample C1) used in the following measurement is obtained from the sintered billet thus obtained.

시료 C1에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 2에 기재한다.The sample C1 was measured in the same manner as in Example 1, and the composition of the matrix and the occupancy of the titanium boride particles were measured. Table 2 shows the results of these measurements.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 C1의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 이의 상대 밀도는 96.5%이다.In addition, the relative density with respect to the true density of the sample C1 was measured like Example 1, and the relative density is 96.5%.

② 상기한 소결체를 사용하며 실시예 5와 동일하게 1150℃의 열간 압출 가공에 의해 스템부를 성형한다. 다음에 나머지 부분을 1150℃까지 가열하여 단조에 의해 헤드부를 성형한다. 이것을 가공하여 실시예 1과 유사하게 도 5B에 나타내는 엔진 밸브를 제작한다. 또한, 본 비교예에서는 압출 후에 균열이 생긴다.② The stem is formed by hot extrusion at 1150 ° C. in the same manner as in Example 5, using the sintered body described above. Next, the remaining portion is heated to 1150 ° C to form the head portion by forging. This is processed to produce an engine valve shown in FIG. 5B similarly to Example 1. FIG. In addition, in this comparative example, a crack occurs after extrusion.

비교예 2: 시료 C2Comparative Example 2: Sample C2

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말(평균 입자 직경: 3μm) 및 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다. 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)의 성형체를 성형한다. 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.(1) Commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100), alloy powder having a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si (average particle diameter: 3 μm) and TiB 2 powder ( Average particle diameter: 2 μm) are prepared respectively. These raw material powders are blended in any ratio and mixed well with an Atolighter. Using the mixed powder thus obtained, a cylindrical (? 16 × 32) molded body is molded by mold molding. Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이러한 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다. 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각하여 소결시킨다. 이와 같이 수득한 소결 빌레트로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 C2)를 수득한다.Subsequently, the molded body is heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a temperature rising rate of 12.5 ° C./min as described above, and is maintained at this sintering temperature for 4 hours to sinter. It cools and sinters at the cooling rate of said 1 degree-C / s. The sample for measurement (sample C2) used in the following measurement is obtained from the sintered billet thus obtained.

시료 C2에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 2에 기재한다. 또한, 시료 C2에서는 붕화티탄 입자의 평균 종횡비가 52이며 또한 평균 입자 직경이 55μm인 것으로 밝혀졌다.About sample C2, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. Table 2 shows the results of these measurements. In Sample C2, the average aspect ratio of the titanium boride particles was found to be 52, and the average particle diameter was 55 µm.

② 상기한 소결체를 사용하여 비교예 1과 동일한 엔진 밸브를 제작한다.② The engine valve similar to the comparative example 1 is produced using said sintered compact.

비교예 3: 시료 C3Comparative Example 3: Sample C3

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말(평균 입자 직경: 3μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다. 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)의 성형체를 성형한다. 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.① As raw material powders, commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100) and alloy powders (average particle diameter: 3 µm) each having a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si were prepared. These raw material powders are blended in any ratio and mixed well with an Atolighter. Using the mixed powder thus obtained, a cylindrical (? 16 × 32) molded body is molded by mold molding. Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이들의 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다. 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다. 이와 같이 수득한 소결 빌레트로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 C3)를 수득한다.Subsequently, these molded bodies are heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a heating rate of 12.5 ° C./min as described above, and are maintained at this sintering temperature for 4 hours to sinter. Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above. The sample for measurement (sample C3) used in the following measurement is obtained from the sintered billet thus obtained.

시료 C3에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 2에 기재한다.About sample C3, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. Table 2 shows the results of these measurements.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 C3의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 이의 상대 밀도가 99%이다.In addition, the relative density with respect to the true density of sample C3 was measured like Example 1, and the relative density is 99%.

② 상기한 소결체를 사용하여 비교예 1과 동일한 엔진 밸브를 제작한다.② The engine valve similar to the comparative example 1 is produced using said sintered compact.

비교예 4: 시료 C4Comparative Example 4: Sample C4

① 원료 분말로서, 시판하는 수소화 탈수소 티탄 분말(# 100), 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si의 조성을 갖는 합금 분말(평균 입자 직경: 3μm) 및 TiB2분말(평균 입자 직경: 2μm)을 각각 제조한다. 이들 원료 분말을 임의의 비율로 배합하여 아토라이터로 잘 혼합한다. 이와 같이 수득한 혼합 분말을 사용하여 금형 성형에 의해 통 모양(ø16×32)의 성형체를 성형한다. 여기서 성형압은 6t/㎠로 한다.(1) Commercially available hydrogenated dehydrogenated titanium powder (# 100), alloy powder having a composition of 36.9 Al-24.9 Sn-24.4 Zr-6.2 Nb-6.2 Mo-1.4 Si (average particle diameter: 3 μm) and TiB 2 powder ( Average particle diameter: 2 μm) are prepared respectively. These raw material powders are blended in any ratio and mixed well with an Atolighter. Using the mixed powder thus obtained, a cylindrical (? 16 × 32) molded body is molded by mold molding. Here, the molding pressure is 6 t / cm 2.

이어서, 이들의 성형체를 1×10-5토르의 진공 중에서 가열함으로써 상기한 12.5℃/min의 승온 속도로 실온으로부터 1300℃의 소결 온도로 승온시키고, 이러한 소결 온도에서 4시간 동안 유지하여 소결시킨다. 다음에 상기한 1℃/s의 냉각 속도로 냉각한다. 이와 같이 수득한 소결 빌레트로부터 하기의 측정에서 사용하는 측정용 시료(시료 C4)를 수득한다.Subsequently, these molded bodies are heated in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr to raise the temperature from room temperature to a sintering temperature of 1300 ° C. at a heating rate of 12.5 ° C./min as described above, and are maintained at this sintering temperature for 4 hours to sinter. Next, it cools at the cooling rate of 1 degree-C / s mentioned above. The sample for measurement (sample C4) used in the following measurement is obtained from the sintered billet thus obtained.

시료 C4에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 매트릭스의 조성 및 붕화티탄 입자의 점유량을 측정한다. 이들의 측정 결과를 표 2에 기재한다.About sample C4, it carried out similarly to Example 1, and measures the composition of a matrix and the occupancy amount of the titanium boride particle | grains. Table 2 shows the results of these measurements.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 시료 C4의 진밀도에 대한 상대 밀도를 측정한 결과, 이의 상대 밀도가 96.5%이다. 앞서의 비교예 1에서의 시료 C1과 동일하게 압출한 후, 균열이 생기고 있다. 이러한 점으로부터 붕화티탄 입자의 점유량이 10체적%를 초과하면 압출에 있어서 균열이 조장되는 동시에 연성이 저하되는 것을 알았다.In addition, the relative density with respect to the true density of sample C4 was measured like Example 1, and the relative density is 96.5%. After extruding similarly to the sample C1 in the comparative example 1, a crack has arisen. From this, it was found that when the occupancy of the titanium boride particles exceeds 10% by volume, cracks are promoted and ductility decreases during extrusion.

② 상기한 소결체를 사용하여 비교예 1과 동일한 엔진 밸브를 제작한다.② The engine valve similar to the comparative example 1 is produced using said sintered compact.

비교예 5: 시료 C5, C6Comparative Example 5: Samples C5 and C6

① 용제 단조 내열 티탄 합금(TIMETAL-1100)을 제조하며 시료 C5로 한다. 표 2에는 시료 5의 합금의 조성을 기재한다.① Prepare solvent forged heat-resistant titanium alloy (TIMETAL-1100) and use sample C5. Table 2 describes the composition of the alloy of Sample 5.

시료 C5에 대해서는 1050℃에서 가열하여 용체화한 다음, 950℃에서 어닐링 처리를 시행한다.About sample C5, it melts by heating at 1050 degreeC, and performs annealing treatment at 950 degreeC.

② 이 티탄 재료를 사용하여 실시예 1과 동일한 형상을 갖는 엔진 밸브를 제작한다.(2) Using this titanium material, an engine valve having the same shape as in Example 1 was produced.

③ 용제 단조 내열 티탄 합금(TIMETAL-834)을 제조하여 시료 C6로 한다.③ Prepare solvent forged heat-resistant titanium alloy (TIMETAL-834) and use it as sample C6.

시료 C6에 대해서는 1027℃로 가열하여 용체화한 다음, 700℃에서 시효 처리를 시행한다.Sample C6 was heated to 1027 ° C for solution, and then aged at 700 ° C.

비교예 6: 시료 C7Comparative Example 6: Sample C7

① 내열강(SUH 35)을 제조하여 시료 C7로 한다. 표 2에 이의 합금 조성을 기재한다.① Prepare heat resistant steel (SUH 35) and make it sample C7. Table 2 describes its alloy composition.

② 이러한 내열강을 사용하여 실시예 1과 동일한 형상을 갖는 엔진 밸브를 제작한다.(2) An engine valve having the same shape as that of Example 1 was produced using this heat resistant steel.

[강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성의 평가][Evaluation of Strength, Creep, Fatigue and Wear Resistance]

상기한 실시예 및 비교예에서 수득된 각 시료 또는 엔진 밸브에 대해서 하기의 시험을 각각 실시하여 실온 강도 및 610℃를 초과하는 고온 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성을 각각 평가한다.Each sample or engine valve obtained in the above-described examples and comparative examples was subjected to the following tests, respectively, to evaluate the room temperature strength and the high temperature strength exceeding 610 ° C., creep property, fatigue property and wear resistance, respectively.

강도에 대해서는 우선 시료가 실온에 있는 상태에서 인장 시험을 실시하며, 인장 강도, 0.2% 내력, 신장의 값을 각각 측정한다. 다음에 시료가 800℃로 가열된 상태에서 인장 시험을 실시하며 0.2% 내력의 값을 측정한다. 이들의 결과를 표 3 및 표 4에 기재한다. 또한, 실온에서의 인장 시험은 인스트론 인장 시험기 R.T.를 사용하여 4.55×10-4/s의 왜곡 속도로 실시한다. 또한, 고온에서의 인장 시험은 800℃에서 0.1/s의 왜곡 속도로 실시한다.As for the strength, a tensile test is first performed with the sample at room temperature, and the values of tensile strength, 0.2% yield strength and elongation are respectively measured. Next, a tensile test is performed while the sample is heated to 800 ° C. and the value of 0.2% yield strength is measured. These results are shown in Table 3 and Table 4. In addition, the tensile test at room temperature is carried out at a strain rate of 4.55 x 10 -4 / s using an Instron tensile tester RT. In addition, the tensile test at high temperature is carried out at a strain rate of 0.1 / s at 800 ℃.

표 3 및 표 4로부터 다음과 같이 해석한다.From Table 3 and Table 4, it is interpreted as follows.

① 인장 강도① tensile strength

실온에서의 0.2% 내력은 실시예의 시료 1 내지 10과 비교예의 시료 C1 내지 C6과의 사이에 큰 차이는 없다.The 0.2% yield strength at room temperature is not significantly different between Samples 1 to 10 of Examples and Samples C1 to C6 of Comparative Examples.

그러나, 800℃에서의 0.2% 내력은 시료 1 내지 9가 시료 C1, C3, C5 및 C6보다 높은 값을 나타낸다.However, the 0.2% yield strength at 800 ° C. shows that Samples 1 to 9 are higher than Samples C1, C3, C5 and C6.

특히, 시료 2 내지 9는 800℃에서의 0.2% 내력이 시료 1보다 높은 값을 나타내는 것이 많다. 이러한 점은 시료 2 내지 9의 각 시료의 매트릭스가 몰리브덴을 0.5 내지 4.0중량%, 니오븀을 0.5 내지 4.0중량% 함유하고 있기 때문이라고 생각된다.In particular, Samples 2 to 9 often exhibit higher values of 0.2% yield strength at 800 ° C than Sample 1. This is considered to be because the matrix of each sample of Samples 2 to 9 contains 0.5 to 4.0% by weight of molybdenum and 0.5 to 4.0% by weight of niobium.

또한, 시료 11 내지 14도 400MPa 이상의 고온 강도를 가지며 밸브 재료로서 충분한 강도 특성을 확보하고 있다.Samples 11 to 14 also have a high temperature strength of 400 MPa or more, and secure sufficient strength characteristics as the valve material.

② 크리프 특성② creep characteristics

건조 공기 중에서, 800℃의 온도로 가열된 시료에 50MPa의 굴곡 응력을 가하는 크리프 시험을 실시하며 경과 시간에 대한 크리프 가요성을 측정함으로써 크리프 특성을 평가한다. 도 4에 실시예 3(시료 3) 및 비교예 5(시료 C6)에 대한 측정 결과를 나타낸다. 도 4에서, 시료 3은 800℃에서의 크리프 특성이 시료 C6을 상회하고 있는 것을 알았다.In dry air, a creep test is performed in which a 50 MPa bending stress is applied to a sample heated to a temperature of 800 ° C., and creep characteristics are evaluated by measuring creep flexibility with respect to elapsed time. The measurement result about Example 3 (sample 3) and the comparative example 5 (sample C6) is shown in FIG. In FIG. 4, it turned out that the sample 3 has the creep characteristic in 800 degreeC exceeding sample C6.

또한, 여기서는 도시되어 있지 않지만 다른 시료 1 내지 9의 어느 것도 크리프 특성이 우수한 것을 알았다.In addition, although not shown here, it was found that all of the other samples 1 to 9 were excellent in creep characteristics.

③ 피로 특성③ fatigue characteristics

대기중, 또한 실온에서 회전 굴곡 피로 시험을 실시하며, 실온에서의 피로 특성을 평가한다. 그 결과, 실시예 4의 시료(시료 5)에서는 약 750MPa의 107배 피로 강도가 얻어진다. 한편, 비교예 2의 시료(시료 C2)에서는 480MPa의 107배의 피로 강도가 얻어진다. 이들로부터 본 발명의 실시예 4는 실온에서의 피로 강도가 우수한 것을 알았다.In the air, at room temperature, a rotational bending fatigue test is carried out to evaluate the fatigue properties at room temperature. As a result, 10 7 times fatigue strength of about 750 MPa is obtained from the sample (Sample 5) of Example 4. On the other hand, in the sample (sample C2) of the comparative example 2, 10 7 times the fatigue strength of 480 Mpa is obtained. From these, it turned out that Example 4 of this invention is excellent in fatigue strength at room temperature.

또한, 대기 중에서 850℃의 온도로 가열하여 회전 굴곡 피로 시험을 실시함으로써 고온 피로 특성을 평가한다. 그 결과, 실시예 4의 시료(시료 5)에서는 약 175MPa의 107배, 비교예 2의 시료(시료 C2)에서는 약 120MPa의 107배, 비교예 5의 시료(시료 C5)에서는 약 100MPa의 107배 및 비교예 6의 시료(시료 C7)에서는 약 150MPa의 107배 피로 강도가 얻어진다. 이들로부터 본 발명의 실시예 4는 고온에서의 피로 강도에서도 우수한 것을 알았다.Moreover, high temperature fatigue characteristics are evaluated by heating to the temperature of 850 degreeC, and performing a rotational bending fatigue test. As a result, the Example 4 sample about the (Sample 5) In 10, the seven-fold, compared to Example 2 of the sample (sample C2) 10 7 times, the sample (sample C5) of Comparative Example 5 of about 120MPa for about 175MPa 100MPa of 10 7 times and 10 7 times fatigue strength of about 150 MPa are obtained from the sample (Sample C7) of the comparative example 6. From these, it turned out that Example 4 of this invention is excellent also in the fatigue strength in high temperature.

④ 내마모성④ Wear resistance

내마모성은 핀 온 디스크 시험으로 평가한다. 본 시험에서는 핀 마모량이 3mg/2×103m 이하의 결과인 때에 내마모성이 우수한 것으로 하여 표 3 및 표 4에 ○로 기재한다. 또한, 핀 마모량이 10mg/2×103m 이상의 결과인 때, 내마모성이 떨어지는 것으로 하여 표 3 및 표 4에 ×로 기재한다. 표 3 및 표 4에 기재된 바와 같이, 실시예의 시료는 어느 것이나 내마모성이 우수한 것을 알았다.Wear resistance is assessed by the pin on disk test. In this test, when the pin wear amount is a result of 3 mg / 2 x 10 3 m or less, excellent wear resistance is described in Tables 3 and 4 as ○. In addition, when a pin wear amount is a result of 10 mg / 2x10 <3> m or more, it is described in Table 3 and Table 4 as x that abrasion resistance is inferior. As shown in Table 3 and Table 4, it turned out that all the samples of the Example were excellent in abrasion resistance.

⑤ 내구성⑤ durability

실시예 4(시료 5) 및 비교예 3(시료 C3)에 의해 수득한 소결체로부터 성형한 엔진 밸브에 대해서 엔진 대(臺) 위의 전체 부하 고속 내구 시험[실기(實機) 내구 시험]을 실시한다. 그리고, 시험후의 밸브의 각 부위에서의 마모량을 측정하여 내마모성의 내구성을 평가한다. 또한, 본 실기 내구 시험은 평균 7000rpm×200hr의 시험 조건으로 실시한다.The full load high speed endurance test [practical endurance test] on the engine stand was performed on the engine valve shape | molded from the sintered compact obtained by Example 4 (sample 5) and the comparative example 3 (sample C3). do. And the wear amount in each site | part of a valve after a test is measured, and durability of abrasion resistance is evaluated. In addition, this practical skill endurance test is implemented on the test conditions of an average of 7000 rpm x 200 hr.

본 실기 내구 시험에서는 소정의 기준 마모량 이하인 때에 내구성이 우수한 것으로 하여 표 3 및 표 4에 ○로 기재한다. 한편, 기준 마모량을 초과할 때, 또는 축 신장 또는 파손이라는 결과가 얻어질 때에는 내마모성의 내구성이 떨어지는 것으로 하여 표 3 및 표 4에 ×로 기재한다.In this practical machine durability test, when it is below a predetermined reference wear amount, it is excellent in durability, and it describes in Table 3 and Table 4 as (circle). On the other hand, when the standard wear amount is exceeded or when the result of axial elongation or breakage is obtained, wear resistance is inferior, and it describes in Table 3 and Table 4 by x.

표 3에 기재된 바와 같이, 본 실시예의 시료는 어느 것이나 내마모성의 내구성이 우수한 것을 알았다. 이러한 점은 본 실시예의 시료에서는 붕화티탄 입자가 미세하면서 또한 균일하게 분산되어 있으므로 응집 마모가 일어나기 어렵기 때문이라고 생각된다.As shown in Table 3, it turned out that all the samples of this Example are excellent in wear resistance durability. This is considered to be because the titanium boride particles are finely and uniformly dispersed in the sample of this embodiment, so that cohesive wear hardly occurs.

[매트릭스 중에서의 분산 입자에 대해서][Dispersion Particles in Matrix]

상기한 바와 같이 본 발명의 티탄계 복합 재료를 다면적으로 검토한 결과, 매트릭스 중에 분산된 입자에 대해서 다시 하기의 점이 명백해졌다. 즉, 본 발명의 티탄계 복합 재료에 분산된 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자는 모두 티탄 재료의 내열성 등을 향상시키는 데 효과적이지만, 특히 TiB 입자가 티탄계 복합 재료의 내열성의 향상에 효과적인 것을 알았다.As described above, as a result of examining the titanium-based composite material of the present invention in a multi-faced manner, the following points became clear again regarding the particles dispersed in the matrix. That is, although both the titanium compound particles and the rare earth compound particles dispersed in the titanium composite material of the present invention are effective in improving the heat resistance and the like of the titanium material, it has been found that the TiB particles are particularly effective in improving the heat resistance of the titanium composite material.

① 예를 들면, 상기한 실시예 4의 시료(시료 5)와 실시예 6의 시료(시료 11)를 비교하면 시료 11이 티탄 합금의 α 안정화 원소인 알루미늄을 시료 5보다 많이 함유한다. 따라서, 통상적으로는 시료 11이 시료 5보다 티탄계 복합 재료의 고온 내력은 커진다고 생각된다. 그러나, 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실제로는 시료 5가 고온 내력이 크다. 또한, 시료 5는 실온 내력도 우수하다.(1) For example, when comparing the sample (sample 5) of Example 4 with the sample (sample 11) of Example 6, sample 11 contains more aluminum than the sample 5 which is an alpha stabilizing element of a titanium alloy. Therefore, it is normally considered that the high temperature strength of the titanium-based composite material is larger in Sample 11 than in Sample 5. However, as can be seen from Table 3, sample 5 has a large high temperature strength in practice. In addition, Sample 5 is excellent in room temperature proof strength.

여기서 양쪽 시료를 비교하면 알루미늄을 제외하고 양쪽 조성에 그다지 큰 차이는 없다. 따라서, 매트릭스 중에 분산되는 입자의 차이점, 요컨대 시료 5에 분산되는 TiB 입자와 시료 11에 분산되는 TiC 입자의 차이점에 의해 시료 5가 시료 11보다 우수한 특성을 갖는다고 생각된다. 바꾸어 말하면, 티탄계 복합 재료의 강도-연성 균형의 관점에서 매트릭스에 분산되는 입자로서 TiB 입자가 TiC 입자보다 우수하다고 생각된다.Comparing the two samples here, there is no significant difference in both compositions except for aluminum. Therefore, it is considered that the sample 5 has superior characteristics to the sample 11 due to the difference between the particles dispersed in the matrix, that is, the difference between the TiB particles dispersed in the sample 5 and the TiC particles dispersed in the sample 11. In other words, it is considered that TiB particles are superior to TiC particles as particles dispersed in a matrix in view of the strength-ductility balance of the titanium-based composite material.

그래서, 그 이유에 대해 TiB 입자, TiC 입자 및 TiN 입자의 3종류의 티탄 화합물 입자를 취하여 검토한다. 이들 각 입자의 특성을 표 5에 기재한다. 이러한 표 5로부터 예를 들면, 다음의 것을 알았다.Then, about the reason, three types of titanium compound particle | grains, TiB particle | grains, TiC particle | grains, and TiN particle | grains are taken and examined. The properties of each of these particles are shown in Table 5. For example, the following was found from Table 5 below.

티탄계 복합 재료의 강도-연성 균형에 크게 영향을 주는, 매트릭스와 이들 강화 입자의 상호 고용도를 관찰하여 보면 TiB 입자와 매트릭스인 티탄과의 상호 고용도는 TiC 입자 및 TiN 입자와 비교하여 각별하게 작다. 이러한 점으로부터 TiB 입자는 티탄 합금 중에서 대단히 안정적인 입자인 것을 알았다. 이에 따라, TiB 입자는 매트릭스를 취약화시키지 않고 그 자신의 특성을 충분히 발휘하며 거의 복합측을 따라 티탄계 복합 재료를 강화하고 있다고 생각된다. 한편, TiC 입자는 매트릭스 중에 다소간 고용되므로 TiB 입자와 비교하면 티탄계 복합 재료의 실온 연성이 약간 낮아진다.Observing the mutual solid solubility of the matrix and these reinforcing particles, which greatly influences the strength-ductility balance of the titanium-based composite material, the mutual solid solubility between TiB particles and titanium, the matrix, is significantly higher than that of TiC particles and TiN particles. small. From this point of view, the TiB particles were found to be very stable particles in the titanium alloy. Accordingly, it is thought that the TiB particles sufficiently exhibit their own characteristics without weakening the matrix and are strengthening the titanium-based composite material along the composite side. On the other hand, since the TiC particles are somewhat dissolved in the matrix, the room temperature ductility of the titanium-based composite material is slightly lower than that of the TiB particles.

② 희토류 화합물 입자도 TiB 입자와 동일하게 티탄 합금 중에서 안정적이지만, 3체적%보다 많이 첨가하면 소결체 밀도가 저하된다. 따라서, 상기한 바와 같이 본 발명의 티탄계 복합 재료에서는 희토류 화합물 입자의 분산량을 3체적% 이하로 하는 것이 효과적이다.(2) The rare earth compound particles are also stable in the titanium alloy in the same manner as the TiB particles, but when more than 3% by volume is added, the sintered compact density decreases. Therefore, in the titanium-based composite material of the present invention as described above, it is effective to make the dispersion amount of the rare earth compound particles 3 vol% or less.

그러나, 이러한 소결성이라는 관점에서도 희토류 화합물 입자보다 티탄 화합물 입자, 특히 TiB 입자는 매트릭스 중에 다량으로 분산할 수 있으므로 한층 효과적이다.However, from the viewpoint of such sinterability, titanium compound particles, particularly TiB particles, are more effective than the rare earth compound particles because they can be dispersed in a large amount in the matrix.

③ 단, 희토류 화합물 입자나 TiB 입자 등의 티탄 화합물 입자도 화학적 특성은 상이하지만, 티탄 합금 중에서의 안정성 등이 우수한 점은 어느 것이나 공통적이며 티탄 합금의 내열성 등을 향상시킬 수 있는 입자인 것에는 변함이 없다. 따라서, TiB 입자는 물론이며 TiC 입자 등의 티탄 화합물 입자나 희토류 화합물 입자를 매트릭스에 분산시킨 티탄계 복합 재료를 예를 들면, 엔진 밸브 등에 사용하면 내열성, 내구성 등이 우수한 경량의 엔진 밸브를 수득할 수 있다.(3) However, titanium compound particles such as rare earth compound particles and TiB particles have different chemical properties, but all of them have excellent stability and the like in titanium alloys, and they change to those particles which can improve the heat resistance of the titanium alloy. There is no Therefore, if a titanium-based composite material in which not only TiB particles but also titanium compound particles such as TiC particles or rare earth compound particles are dispersed in a matrix is used, for example, in an engine valve or the like, a lightweight engine valve having excellent heat resistance and durability can be obtained. Can be.

입자particle 경도(GPa)Longitude (GPa) 영율(GPa)Young's modulus (GPa) 선팽창계수(x10-6/K)Coefficient of linear expansion (x10 -6 / K) 최대 고용량(%)Maximum high capacity (%) 매트릭스 중으로의 붕소,탄소, 질소의 고용량High doses of boron, carbon and nitrogen in the matrix 입자중으로의티탄의 고용량High Capacity of Titanium in Particles TiBTiB 28.028.0 550550 8.68.6 <0.001<0.001 1.01.0 TiCTiC 24.724.7 460460 7.47.4 1.21.2 15.015.0 TiNTiN 24.024.0 250250 9.39.3 22.022.0 26.026.0 (참고) 티탄 합금의 선팽창계수는 약 9×10-6/K이다.(Reference) The linear expansion coefficient of titanium alloy is about 9 × 10 -6 / K.

본 발명의 티탄계 복합 재료는 상기한 바와 같이 우수한 특성을 가지므로 자동차용 엔진 부품, 각종 레저·스포츠 용품 및 공구류 등에 이용할 수 있다. 특히, 본 발명의 티탄계 복합 재료에 따르면 800℃나 되는 매우 높은 온도에서도 우수한 강도, 크리프 특성, 피로 특성 및 내마모성이 얻어진다. 따라서, 예를 들면, 자동차용 엔진 밸브 등에 적합한 재료이다. 특히, 본 발명의 티탄계 복합 재료는 배기 밸브와 같이 고온(예: 800℃ 부근)에서 사용되며 비강도, 내피로성 등이 요구되는 부품에 사용하면 한층 더 적합하다.Since the titanium-based composite material of the present invention has excellent characteristics as described above, it can be used for automobile engine parts, various leisure and sporting goods and tools. In particular, according to the titanium-based composite material of the present invention, excellent strength, creep properties, fatigue properties and wear resistance can be obtained even at a very high temperature of 800 ° C. Thus, for example, it is a material suitable for automobile engine valves and the like. In particular, the titanium-based composite material of the present invention is used at high temperatures (e.g., near 800 ° C) such as exhaust valves, and is more suitable for use in parts requiring specific strength, fatigue resistance, and the like.

Claims (23)

3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(A1), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(O)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자를 함유함을 특징으로 하는 티탄계 복합 재료.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (A1), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent A titanium-based composite material comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (O) and titanium compound particles dispersed in the matrix and occupying 1 to 10% by volume. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(0)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 함유함을 특징으로 하는 티탄계 복합 재료.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (Al), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent A titanium-based composite material comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (0) and rare earth compound particles dispersed in the matrix and occupying 3% by volume or less. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(A1), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(0)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자 및 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 함유함을 특징으로 하는 티탄계 복합 재료.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (A1), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent Titanium comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (0), titanium compound particles dispersed in the matrix and occupying 1 to 10% by volume and rare earth compound particles occupying 3% by volume or less System composite materials. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 4.0 내지 6.5중량%의 알루미늄을 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix contains 4.0 to 6.5% by weight of aluminum. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 2.5 내지 4.5중량%의 주석을 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix contains 2.5 to 4.5 wt% tin. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 2.5 내지 4.5중량%의 지르코늄을 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix contains 2.5 to 4.5 wt% zirconium. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 0.15 내지 0.4중량%의 규소를 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix contains 0.15 to 0.4 wt% silicon. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 0.15 내지 0.4중량%의 산소를 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix contains 0.15 to 0.4% by weight of oxygen. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 매트릭스가 0.5 내지 4.0중량%의 몰리브덴(Mo)과 0.5 내지 4.0중량%의 니오븀(Nb)을 추가로 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix further contains 0.5 to 4.0 wt% molybdenum (Mo) and 0.5 to 4.0 wt% niobium (Nb). 제9항에 있어서, 매트릭스가 0.5 내지 2.5중량%의 몰리브덴을 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to claim 9, wherein the matrix contains 0.5 to 2.5 wt% molybdenum. 제9항에 있어서, 매트릭스가 0.5 내지 1.5중량%의 니오븀을 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to claim 9, wherein the matrix contains 0.5 to 1.5 wt% niobium. 제9항에 있어서, 매트릭스가 총계로 5중량% 이하의 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 하프늄(Hf)의 적어도 1종의 금속 원소를 추가로 함유하는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to claim 9, wherein the matrix further contains at least one metal element of tantalum (Ta), tungsten (W), and hafnium (Hf) of 5 wt% or less in total. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 티탄 화합물 입자가 붕화티탄, 탄화티탄, 질화티탄 및 규화티탄의 적어도 1종의 입자이고, 희토류 화합물 입자가 이트륨(Y), 세륨(Ce), 란타늄(La), 에르븀(Er) 및 네오디뮴(Nd)의 산화물 및 황화물의 적어도 1종의 입자인 티탄계 복합 재료.The titanium compound particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium compound particles are at least one particle of titanium boride, titanium carbide, titanium nitride and titanium silicide, and the rare earth compound particles are yttrium (Y) and cerium (Ce). And titanium-based composite material which is at least one particle of an oxide and a sulfide of lanthanum (La), erbium (Er), and neodymium (Nd). 제13항에 있어서, 티탄 화합물 입자가 TiB 및/또는 TiC로 이루어진 입자이고, 희토류 화합물 입자가 Y203을 구성하는 입자인 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to claim 13, wherein the titanium compound particles are particles consisting of TiB and / or TiC, and the rare earth compound particles are particles constituting Y 2 O 3 . 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자의 평균 종횡비가 1 내지 40이고 평균 입자 직경이 0.5 내지 50μm인 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium compound particles and / or the rare earth compound particles have an average aspect ratio of 1 to 40 and an average particle diameter of 0.5 to 50 µm. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 800℃ 이상에서 400MPa 이상의 0.2% 내력을 나타내는 티탄계 복합 재료.The titanium-based composite material according to any one of claims 1 to 3, which exhibits a 0.2% yield strength of 400 MPa or more at 800 ° C or more. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄, 2.0 내지 6.0중량%의 주석, 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄, 0.1 내지 0.4중량%의 규소 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자 및/또는 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 갖는 티탄계 복합 재료의 제조방법으로서,A matrix composed mainly of a titanium alloy containing 3.0 to 7.0 wt% aluminum, 2.0 to 6.0 wt% tin, 2.0 to 6.0 wt% zirconium, 0.1 to 0.4 wt% silicon and 0.1 to 0.5 wt% oxygen; A method for producing a titanium-based composite material having titanium compound particles dispersed in the matrix and occupying 1 to 10 vol% and / or rare earth compound particles occupying 3 vol% or less, 티탄 분말, 알루미늄, 주석, 지르코늄, 규소 및 산소를 함유하는 합금 요소 분말과 티탄 화합물 입자 및/또는 희토류 화합물 입자를 형성하는 입자 요소 분말을 혼합하는 혼합 공정,A mixing process of mixing titanium powder, alloy urea powder containing aluminum, tin, zirconium, silicon and oxygen with particle urea powder forming titanium compound particles and / or rare earth compound particles, 혼합 공정에서 수득한 혼합 분말을 사용하여 소정 형상의 성형체(green compact)를 성형하는 성형 공정,A molding step of molding a green compact having a predetermined shape using the mixed powder obtained in the mixing step, 성형 공정에서 수득한 성형체를 β 변태점 이상의 온도에서 소결시켜 β상을 생성시키는 소결 공정 및A sintering step of sintering the molded product obtained in the molding step at a temperature above the β transformation point to generate a β phase β상으로부터 α상을 석출시키는 냉각 공정을 포함함을 특징으로 하는, 티탄계 복합 재료의 제조방법.A method for producing a titanium-based composite material, comprising a cooling step of depositing an α phase from a β phase. 제17항에 있어서, 소결 공정이 소결 온도를 1200 내지 1400℃로 하고 소결 시간을 2 내지 16시간으로 하는, 티탄계 복합 재료의 제조방법.The method for producing a titanium-based composite material according to claim 17, wherein the sintering step sets the sintering temperature to 1200 to 1400 ° C and the sintering time to 2 to 16 hours. 제17항에 있어서, 냉각 공정이 냉각 속도를 0.1 내지 10(℃/s)로 한 냉각 공정을 포함하는, 티탄계 복합 재료의 제조방법.The method for producing a titanium-based composite material according to claim 17, wherein the cooling step includes a cooling step with a cooling rate of 0.1 to 10 (占 폚 / s). 제17항에 있어서, 혼합 공정이, 평균 입자 직경이 10 내지 200μm인 티탄 분말, 평균 입자 직경이 5 내지 200μm인 합금 요소 분말 및 평균 입자 직경이 1 내지 30μm인 입자 요소 분말을 혼합하는 공정인, 티탄계 복합 재료의 제조방법.The process of claim 17, wherein the mixing step is a process of mixing titanium powder having an average particle diameter of 10 to 200 μm, alloy urea powder having an average particle diameter of 5 to 200 μm, and particle urea powder having an average particle diameter of 1 to 30 μm. Method for producing titanium based composite material. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(0)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 1 내지 10체적% 이하를 점유하는 티탄 화합물 입자를 포함하는 티탄계 복합 재료를 사용한 엔진 밸브.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (Al), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent An engine valve using a titanium-based composite material comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (0) and titanium compound particles dispersed in the matrix and occupying 1 to 10% by volume or less. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(A1), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(O)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 포함하는 티탄계 복합 재료를 사용한 엔진 밸브.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (A1), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent An engine valve using a titanium-based composite material comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (O) and rare earth compound particles dispersed in the matrix and occupying 3% by volume or less. 3.0 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 6.0중량%의 주석(Sn), 2.0 내지 6.0중량%의 지르코늄(Zr), 0.1 내지 0.4중량%의 규소(Si) 및 0.1 내지 0.5중량%의 산소(O)를 함유하는 티탄 합금을 주성분으로 하는 매트릭스와 당해 매트릭스 속에 분산되어 1 내지 10체적%를 점유하는 티탄 화합물 입자 및 3체적% 이하를 점유하는 희토류 화합물 입자를 포함하는 티탄계 복합 재료를 사용한 엔진 밸브.3.0 to 7.0 weight percent aluminum (Al), 2.0 to 6.0 weight percent tin (Sn), 2.0 to 6.0 weight percent zirconium (Zr), 0.1 to 0.4 weight percent silicon (Si) and 0.1 to 0.5 weight percent A titanium-based composite material comprising a matrix composed mainly of a titanium alloy containing oxygen (O), titanium compound particles dispersed in the matrix and occupying 1 to 10% by volume and rare earth compound particles occupying 3% by volume or less. Used engine valve.
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